Controle de vibração por dispositivos de material viscoelástico caracterizado via inferência bayesiana

Abstract

Resumo: Sistemas mecânicos de interesse podem estar sujeitos a vibrações e ruídos indesejados. Para atenuação de vibrações e ruídos excessivos, destaeam-se os materiais viseoelástieos, face à sua eficácia nas ações de controle. Uma forma bem estabelecida para descrever o comportamento dinâmico dos materiais viseoelástieos, em amplas faixas de frequência e temperatura, tem sido a representação por módulos complexos. Esse comportamento é descrito pelo modelo de derivadas fracionárias de quatro parâmetros, auxiliado pelas equações WLF ou de Arrhenius, Frente à significativa dispersão nos dados experimentais relativos a materiais viseoelástieos, busea-se descrever suas propriedades dinâmicas empregando métodos probabilístieos, Destaea-se, em particular, o uso da inferência bavesiana, em que se obtêm distribuições de probabilidade para os parâmetros dos modelos. No presente trabalho, emprega-se a utilização de um material viseoelástieo modelado probabilistieamente, através da abordagem de inferência bavesiana, em um projeto de isolamento de vibrações e em um projeto de neutralização de vibrações. São descritas a caracterização dinâmica pertinente do material e as formulações matemáticas tanto do problema de isolamento quanto do de neutralização. Como resultados, são expostas, no isolamento, as curvas de transmissibilidade para cada conjunto de valores dos parâmetros do material viseoelástieo caracterizado por inferência bavesiana. Na neutralização, mostra-se a frequência ótima do neutralizador que fornece a menor redução de vibração. Além disso, são apresentados os diferentes valores do fator de projeto dos isoladores e dos neutralizadores, junto com as dimensões decorrentes desses valores. Constata-se que a abordagem probabilístiea permite uma melhor compreensão dos resultados associados ao uso de materiais viseoelástieos no controle de vibrações. Palavras-chave: Controle de Vibrações; Inferência bavesiana; Isolamento de vibrações; Material viseoelástieo; Neutralizador dinâmico viseoelástieo.

Abstract: Mechanical systems of interest may be subject to unwanted vibration and noise. For attenuation of excessive vibration and noise, viscoelastic materials stand out due to their effectiveness in control actions. A well-established way to characterize the dynamic behavior of viscoelastic materials over broad frequency and temperature ranges has been the representation by complex modules. This behavior is described by the four-parameter fractional derivative model, aided by the WLF or Arrhenius equations. In view of the significant dispersion in experimental data on viscoelastic materials, it is sought to describe their dynamic properties using probabilistic methods. It is particularly emphasized the use of Bayesian inference, in which probability distributions for the parameters of the models are obtained. The present work implovs the use of a probabilistically modeled viscoelastic material, through the approach of Bayesian inference, in a vibration isolation design and also in a vibration neutralization design. Throughout the work it is described the relevant dynamic characterization of the material as well as the mathematical formulations of both the isolation and neutralization problems. As results, in the vibration isolation, the transmissibilitv curves are displayed for each parameter value set of the viscoelastic material characterized by Bayesian inference. Besides, regarding neutralization, it is shown the optimum frequency of the neutralizer that provides the smallest reduction in vibration. Moreover, the different design factor values of isolators and neutralizers are presented along with the dimensions resulting from these values. Those outcomes show that, for vibration control, the probabilistic approach allows a better understanding of the results associated with the use of viscoelastic materials. Keywords: Vibration control; Bayesian inference; Vibration isolation; Viscoelastic material; Viscoelastic dynamic neutralizer.