Modelagem por elementos finitos de materiais compósitos estruturais incorporando material viscoelástico para o controle passivo de vibração e ruído.

Abstract

Este trabalho é dedicado à modelagem por elementos finitos de estruturas compostas laminadas incorporando materiais viscoelásticos para o controle passivo de vibrações e ruídos. Neste contexto, foi estudada a dependência da capacidade de amortecimento dos materiais viscoelásticos com relação à frequência de excitação e temperatura e à incorporação do amortecimento viscoelástico em modelos de elementos finitos de sistemas estruturais. Para a modelagem de estruturas compostas laminadas foi empregada a Teoria da Deformação Cisalhante de Ordem Superior combinada com um elemento de placa plana retangular do tipo Serendipity contendo oito nós e onze graus de liberdade por nó. O amortecimento viscoelástico é representado pelo modelo do módulo complexo associado ao conceito de fator de deslocamento e frequência reduzida de acordo com o Princípio da Superposição Frequência-Temperatura. Além disso, foi implementado um método de redução de sistemas amortecidos viscoelasticamente via utilização de uma base de redução constante (independente da frequência e da temperatura) com o objetivo de reduzir o tempo computacional requerido para o cálculo das respostas dinâmicas dos sistemas amortecidos. Para avaliar a influência dos parâmetros de projeto nas respostas dinâmicas, é apresentada uma formulação baseada em derivadas de primeira ordem para a análise de sensibilidade das funções de resposta em frequência em relação a um conjunto de parâmetros de projeto pré-definidos e que foram fatorados das matrizes elementares de elementos finitos via procedimento de parametrização do modelo. Toda a modelagem matemática foi implementada computacionalmente utilizando o ambiente de programação MATLAB®, e os resultados obtidos permitiram não só avaliar o desempenho dos materiais viscoelásticos em termos da atenuação dos níveis de vibração, mas também, ilustrar os procedimentos de modelagem e incorporação do amortecimento viscoelástico em modelos de elementos finitos de estruturas compostas.