Supressão passiva de vibrações induzidas pelo escoamento interno utilizando absorvedores não-lineares de vibração: um estudo numérico, analítico e experimental

• Processo: 21/04434-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2026
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Naval e Oceânica - Hidrodinâmica de Navios e Sistemas Oceânicos
• Pesquisador responsável: Guilherme Rosa Franzini
• Beneficiário: Vitor Schwenck Franco Maciel
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/12546-7 - Contribuições para a modelagem das vibrações induzidas pelo escoamento interno em tubos conduzindo fluido, BE.EP.DD
• Assunto(s): Vibrações induzidas por vórtices Escoamento Absorvedores de vibrações Supressão passiva de vibrações
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: absorvedores não-lineares de vibração | Supressão passiva | Tubulações ejetando fluido | Vibrações induzidas pelo escoamento

Resumo

O fenômeno de vibrações induzidas pelo escoamento interno é um dentre muitos problemas de interação fluido-estrutura e está presente em várias aplicações na Engenharia como trocadores de calor, redes de abastecimento de água e na indústria de óleo e gás. Vibrações induzidas pelo escoamento estão em geral associadas à geração de ruído excessivo e falhas mecânicas ocasionadas por excesso de carregamento ou por fadiga, o que as tornam indesejáveis e, portanto, objeto de estudos visando ações mitigadoras. Neste tema, o uso de uma classe de supressores recentemente concebida denominada de absorvedores não-lineares de vibração (NVAs - Non-linear Vibration Absorbers) emerge como uma alternativa promissora. A pesquisa aqui descrita abordará, dos pontos de vista numérico, analítico e experimental, a supressão passiva das vibrações induzidas pelo escoamento interno em um tubo em balanço que ejeta fluido pela sua extremidade livre. O dispositivo a ser utilizado, denominado NVA rotativo, é composto de uma massa conectada à extremidade de uma barra rígida que, por sua vez, acopla-se à estrutura principal (tubo) por meio de uma articulação e um amortecedor rotacional. Os parâmetros que o definem são sua massa, seu raio e sua constante de amortecimento. Para os estudos numéricos e analíticos, um modelo matemático para uma tubulação vertical ejetando fluido acoplada a um NVA rotativo será desenvolvido a partir do princípio estendido de Hamilton. Visando reduzir o número de Graus de Liberdade (GL) do modelo de Ordem Reduzida (MOR), a discretização das equações de movimento será realizada utilizando modos não-lineares de vibração. De posse do MOR, uma análise da sensibilidade da supressão passiva será conduzida considerando os parâmetros que definem o NVA rotativo e também sua posição de instalação ao longo da tubulação. Para tanto, critérios objetivos que permitam avaliar a supressão, assim como a robustez da solução proposta, serão definidos. Para os estudos experimentais, modelos físicos para a tubulação conduzindo fluido e para o NVA rotativo serão concebidos e construídos. A concepção do modelo físico para o NVA rotativo possibilitará a livre alteração de sua massa, raio e constante de amortecimento, assim como de sua posição de instalação. Ao final da pesquisa serão obtidos tabelas, mapas e gráficos mostrando a eficiência da supressão passiva como função dos parâmetros mencionados anteriormente e os resultados numéricos serão correlacionados com aqueles experimentalmente obtidos. Cumpre ressaltar que o problema de supressão passiva aqui abordado, na experiência do autor e do orientador, não foi encontrado na literatura, o que confere caráter inédito à pesquisa aqui proposta. (AU)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

MACIEL, VITOR SCHWENCK FRANCO; VERNIZZI, GUILHERME; KHEIRI, MOJTABA; FRANZINI, GUILHERME ROSA. A model for the axial-bending-torsional dynamics of pipes conveying fluid. JOURNAL OF FLUIDS AND STRUCTURES, v. 133, p. 34-pg., 2025-01-23. (22/00770-0, 22/12546-7, 21/04434-1)

FRANCO MACIEL, VITOR SCHWENCK; KHEIRI, MOJTABA; FRANZINI, GUILHERME ROSA. Passive suppression of flow-induced vibrations of a cantilevered pipe discharging fluid using non-linear vibration absorbers. INTERNATIONAL JOURNAL OF NON-LINEAR MECHANICS, v. 144, p. 15-pg., 2022-05-13. (19/27855-2, 21/04434-1)

VERNIZZI, GUILHERME J.; MACIEL, VITOR S. F.; DEFENSOR FILHO, WAGNER A.; ORSINO, RENATO M. M.; FRANZINI, GUILHERME R.; PESCE, CELSO P.. DYNAMIC SMALL-SCALE RISER MODEL EXPERIMENTS: A PHYSICS-BASED ALGORITHM TO RECOVER LOST MEASUREMENTS FROM OPTICAL TRACKING SYSTEMS. PROCEEDINGS OF ASME 2023 42ND INTERNATIONAL CONFERENCE ON OCEAN, OFFSHORE & ARCTIC ENGINEERING, OMAE2023, VOL 7, v. N/A, p. 10-pg., 2023-01-01. (21/04434-1, 16/25457-1)

FRANZINI, GUILHERME ROSA; MACIEL, VITOR SCHWENCK FRANCO; VERNIZZI, GUILHERME JORGE; ZULLI, DANIELE. Simultaneous passive suppression and energy harvesting from galloping using a bistable piezoelectric nonlinear energy sink. NONLINEAR DYNAMICS, v. N/A, p. 22-pg., 2023-09-21. (21/04434-1, 22/12546-7, 22/00770-0, 22/02995-9)