Optimal design of viscoelastic dynamic neutralizers using operational modal parameters

Abstract

Resumo: Em muitos casos, a vibração é um efeito indesejável que resulta em desconforto ou até falha de uma estrutura. Um projeto cuidadoso pode atenuar esses efeitos, mas isso nem sempre é possível. Uma solução simples é o uso de 'neutralizadores dinâmicos de vibração' - simplesmente conhecidos como 'neutralizadores dinâmicos' (ND's). Estes são dispositivos que reduzem as vibrações quando conectados a uma estrutura. Os neutralizadores iniciais eram limitados em suas aplicações, pois eram projetados para um único modo em uma estrutura relativamente simples. A introdução de teorias matemáticas mais modernas, bem como a introdução de materiais viscoelásticos, permitem um design mais robusto com uma maior variedade de aplicações, em particular, o 'neutralizador dinâmico viscoelástico' (NDV). A utilização de técnicas de otimização não lineares garante a máxima eficiência desses dispositivos. Trabalhos anteriores desenvolveram e apresentaram uma metodologia geral para projetar NDV's para um sistema primário linear, usando seus parâmetros modais experimentais como entrada e conceitos como parâmetros equivalentes generalizados e técnicas de otimização não linear. O objetivo do presente trabalho é testar a metodologia atual com parâmetros modais operacionais e comparar os resultados com os obtidos com os parâmetros modais experimentais, a fim de garantir sua eficácia. Palavras-chave: Neutralizadores dinâmicos. Materiariais viscoelasticos. Análise modal experimental. Análise modal operacional. Otimização.

Abstract: In many cases, vibration is an undesirable effect that results in discomfort or even failure of a structure. A careful design can mitigate these effects, but that is not always possible. A simple solution is the use of 'dynamic vibration neutralizers' (DVN) - simply known as 'dynamic neutralizers' (DN). They are devices that reduce vibrations when attached to a structure. Early neutralizers were limited in their applications, since they were designed for a single mode in a relatively simple structure. The introduction of more modern mathematical theories as well as the introduction of viscoelastic materials allow for a more robust design with a greater range of applications, namely the 'viscoelastic dynamic neutralizer' (VDN). The utilization of nonlinear optimization techniques ensures maximum efficiency of these devices. Previous works have developed and presented a general methodology for designing VDN's for a linear primary system, using its experimental modal parameters as input and concepts such as generalized equivalent parameters and nonlinear optimization techniques. The aim of the present work is to test the current methodology with operational modal parameters and compare the results with those obtained with the experimental modal parameters in order to assure its efficacy. Keywords: Dynamic neutralizers. Viscoelastic materials. Experimental modal analysis. Operational modal analysis. Optimization.