Simulação Estrutural com Elementos Finitos - Análise Modal de … · por estar seus modos de vibração dentro do rango das perturbações recebidas durante a operação normal

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Código Projeto: B149 Tipo: Benchmark

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SIMULAÇÃO ESTRUTURAL

Descrição do caso: Um fabricante de compressores, em um dos seus modelos de baixa capacidade, recebia constantemente reclamos de seus clientes devido à cobertura do mesmo, esta em determinadas condições de operação gerava ruídos molestos. O rango de operação do compressor gera perturbações no rango dos 10-25 Hz segundo a solicitação de trabalho, todo indicava que se estava frente a um caso típico de ressonância, ocasionada pelas vibrações normais de funcionamento do compressor.

Fig. 1 - Geometria CAD original da cobertura

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Desenvolvimento: O primeiro passo foi verificar que as frequências naturais da geometria ficaram dentro do rango das perturbações geradas (10-25 Hz).

Foi gerado um modelo de elementos finitos, com elementos de casca (“Shell”) segundo se mostra na Fig. 2:

Fig. 2 - Malha do modelo de elementos finitos

Os primeiros modos de vibração resultaram ser os que se mostram na seguinte página.

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Fig. 3 - 1° Modo de vibração da estrutura | 17.8 Hz

Fig. 4 - 2° Modo de vibração da estrutura | 30.4 Hz

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Se logrou verificar que um dos modos ficava dentro do rango critico. O segundo modo se apresentava aos 30 Hz, fora do rango crítico.

Como estratégia para lograr que o primeiro modo de vibração fique fora do rango crítico sem modificar a matéria prima utilizada, se modificou a rigidez da estrutura através de uma solução de fácil execução y baixo custo para o cliente. A 1° solução proposta foi acrescentar um furo de fixação na estrutura, como se mostra na Fig. 5.

Fig. 5 - 1° proposta para elevar o 1° modo de vibração

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Os resultados obtidos para esta nova proposta foram os seguintes:

Fig. 6 - Novo modo de vibração, levemente superior do requerido

Se bem se logrou superar os 25 Hz, o 1° modo fica no limite do requerido, uma mínima perturbação no processo de manufatura que faça que o modelo real seja distinto do modelado poderia ocasionar que o 1° modo esteja no rango critico. É por isso que se acredita desejável aumentar ainda mais a frequência natural do 1° modo de vibração. Também deve ser tido em consideração que o modelo matemático utilizado, por várias rações, pode ter um erro de até o 5% nos resultados obtidos.

Seguindo a mesma linha de razoamento, foram propostas novas alternativas para continuar elevando a frequência do 1° modo, na Fig. 7 se mostra a alternativa de desenho com a qual se logrou superar amplamente a primeira frequência critica.

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Fig. 7 – Proposta final de desenho

Na Fig. 8 se mostram os resultados obtidos com a geometria final proposta.

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Fig. 8 - 1° modo de vibração da proposta de desenho definitiva

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Conclusões: Utilizando ferramentas de simulação numérica se logrou verificar que as vibrações que foram a causa de reclamos tinham origem na ressonância da estrutura por estar seus modos de vibração dentro do rango das perturbações recebidas durante a operação normal do compressor.

Logo foram avaliadas propostas de desenho com as quais o 1° modo de vibração ficava fora do rango critico de 10-25 Hz.

Finalmente, foi encontrado um desenho de econômica execução (somente 6 punções de furado foram acrescentados na matriz de corte) com o qual o 1° modo de vibração fica um 40% por acima do objetivo estabelecido, assegurando um funcionamento sem que a estrutura entre em ressonância y evitando assim os reclamos dos clientes e melhorando a reputação da marca no mercado.

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