Passive control of vibration induced by vortex using viscoelastic materials
| Autor: | Bruno Sousa Carneiro da Cunha |
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| Přispěvatelé: | Silva, Alice Rosa da, Lima, Antônio Marcos Gonçalves de, Steffen Junior, Valder, Manzanares Filho, Nelson |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2016 |
| Předmět: |
Immersed boundary method
Viscoelastic materials Oscillating cylinder Engenharia mecânica Modelo físico virtual Oscilação cilíndrica Método da fronteira imersa Vibração Virtual physical method Materiais viscoelásticos Vortex shedding ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA [CNPQ] Geração de vórtices Mecânica dos sólidos |
| Zdroj: | Repositório Institucional da UFU Universidade Federal de Uberlândia (UFU) instacron:UFU |
| Popis: | CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico É conhecido que o fenômeno de geração de vórtices tem efeitos desastrosos na engenharia prática, afetando, significativamente, a durabilidade, confiabilidade e segurança de estruturas de engenharia. Como um exemplo, tem-se uma longa estrutura cilíndrica imersa em água, a qual apresentou em bom estado de trabalho por décadas e, recentemente, encontrou-se acumulo de danos por fadiga quando sujeito às vibrações induzidas por vórtices (VIV), resultando em falha. Essa é a razão pela qual nas últimas décadas um grande esforço tem sido dedicado para o desenvolvimento de estratégias de controle para trabalhar com estruturas submetidas à vibração induzida por vórtices. Entretanto, surpreendentemente, uma pequena quantidade de trabalhos demostra o uso de materiais viscoelásticos como estratégia de controle passivo para suprimir as indesejáveis vibrações induzidas por vórtices, o que motiva o estudo do presente trabalho. Nesse, o Método da Fronteira Imersa (MFI) combinado com o Modelo Físico Virtual (MFV) é utilizado para investigar a dinâmica de um cilindro circular rígido amortecido viscoelasticamente em um escoamento submetido a vibrações induzidas transversalmente por geração de vórtices. Sugere-se uma estratégia de modelagem no domínio do tempo para o sistema interação fluido-estrutura incorporando o material viscoelástico ao Modelo de Derivadas Fracionárias (MDP). Após os aspectos teóricos, simulações numéricas são realizadas a fim de avaliar a resposta de VIV para o cilindro circular amortecido viscoelasticamente imerso em um escoamento com número de Reynolds igual a 10.000 para determinadas velocidades reduzidas e temperaturas do material viscoelástico para dois valores de razão de massa. Por meio dos resultados numéricos obtidos é possível verificar a utilização dos materiais viscoelásticos como uma eficiente estratégia de controle passivo para o problema de VIV. It is widely known that the vibrations induced by vortex shedding phenomena may have disastrous effects in engineering practice, affecting significantly the durability, reliability and safety of existing engineering structures. As an example, long cylindrical structures immersed in water that have performed well for decades have been recently found to have accumulated fatigue damage when subjected to vortex- induced vibrations, resulting in failure. This a reason for which in the last decades a great deal of effort has been devoted to the development of control strategies for dealing with the vortex-induced vibration of structures. However, surprisingly enough, few works have proposed the use of viscoelastic materials as a passive control strategy to suppress the undesirable vortex-induced vibrations, which motivates the study reported herein. In this paper, the Immersed Boundary Method combined with the Virtual Physical Model is used to investigate the dynamics of a viscoelastically mounted rigid circular cylinder in a fluid flow subjected to transverse vibrations induced by vortex shedding. It is suggested a straightforward time-domain modeling strategy of fluid- structure interactions systems incorporating viscoelastic materials by using a four- parameter fractional derivative model. After the theoretical aspects, numerical simulations are performed in order to evaluate the VIV response of a viscoelastically mounted circular cylinder in a fluid flow at a Reynolds number of 10000 for a range of reduced velocity and temperature of the viscoelastic material for two values of massratios. Through the obtained numerical results is it possible to verify the interest in using viscoelastic materials as an efficient passive control strategy of VIV problem. Dissertação (Mestrado) |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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