CREEM2024

CREEM 2024 - XXX Congresso Nacional de Estudantes de Engenharia Mecânica

Avaliação dos coeficientes de rigidez e amortecimento de mancais a partir do método de evolução diferencial

Submission Author: Francisco Alberto de Araújo Apolinário e Souza , MG , Brazil
Co-Authors: Francisco Alberto de Araújo Apolinário e Souza, Raimundo Neto, Aldemir Ap Cavalini Jr
Presenter: Francisco Alberto de Araújo Apolinário e Souza

doi://10.26678/ABCM.CREEM2024.CRE2024-0095

 

Abstract

Mancais são subsistemas críticos de rotores, sendo um dos responsáveis por influenciar o comportamento dinâmico dessas máquinas. Neste trabalho, é detalhada a determinação dos coeficientes de rigidez e amortecimento de uma bancada experimental composta por um eixo, três discos, dois sensores, um mancal híbrido e um mancal com rolamento autocompensador de duas carreiras de esferas. Os dados experimentais da bancada foram colhidos com acelerômetros, posteriormente sendo obtidas as funções de resposta em frequências experimentais. O modelo numérico foi construído em elementos finitos, em que as variáveis desconhecidas são: amortecimentos modais e coeficientes de rigidez. Desse modo, o algoritmo de otimização heurística Evolução Diferencial foi utilizando juntamente com o modelo do rotor, em cada iteração do software retornando os melhores parâmetros que tornam a primeira frequência natural amortecida do modelo numérico próxima da primeira frequência amortecida experimental. Porém, os resultados do modelo implementado não convergiram, sendo que os amortecimentos modais possuem, em média, 50% de desvio padrão ao comparar seis diferentes execuções do modelo, a média dos desvios padrões dos coeficientes de rigidez é de 34 %. Portanto, o modelo computacional não representa o experimento associado, tais resultados divergentes são provavelmente provenientes de uma modelagem equivocada do rotor. Bearings are critical subsystems of rotors, being one of the responsible elements influencing the dynamic behavior of these machines. In this work, the determination of stiffness and damping coefficients of an experimental bench composed of a shaft, three disks, two sensors, a hybrid bearing, and a self-aligning double-row ball bearing are detailed. The experimental data from the setup were collected by accelerometers, and subsequently experimental frequency response functions were obtained. The numerical model was built using finite elements method, where the unknown variables are modal damping and stiffness coefficients. Thus, the Differential Evolution heuristic optimization algorithm was used together with the rotor model, returning in each iteration of the software the best parameters that make the first damped natural frequency of the numerical model close to the experimental damped natural frequency. However, the results of the implemented model did not converge, with the modal damping having on average, a 50 % standard deviation when comparing six different executions of the model, and the average of the standard deviations of the stiffness coefficients is 34 %. Therefore, the computational model does not represent the associated experiment, and such divergent results are due to incorrect modeling of the rotor

Keywords

Rotordynamics, Heuristic Optmization method, Differential Evolution, Finite Element Method, Bearings, Método de Elementos Finitos, Mancais, dinâmica de rotores, Otimização Heurística, Evolução diferencial

 

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