Dynamic response analysis of a mechanical system with a passive tuned mass: an experimental and numerical study

Dynamic vibration control is fundamental in noise reduction and structural vibration caused by external loads. If the vibration is excessive it can compromise the physical integrity of the structure, through a fatigue failure or simply generate discomfort and interfere in the safety of people. One of the methods of dynamic control is through the use of dynamic neutralizers, which use concentrated parameters of mass, rigidity and damping capable of absorbing the vibrational energy of the main structure where they are positioned, using the possible configurations as the neutralizers of the type mass and spring, viscoelastic and pendulum, for example. This dissertation aimed at the analysis of the response of a mechanical system reduced to a structure of two degrees of freedom and modeled as a bar and spring system, having the dissipation of the vibration given by the use of a dynamic pendulum neutralizer. The system response was analyzed numerically by the analytical model and the Matlab implementation of the system motion equations and the experimental signals of the system response to a random initial displacement and the external harmonic excitation were measured, resulting in the analysis of the system in two situations in free vibration and forced vibration. Satisfactory percentages of reduction of bar vibration amplitude were observed using the pendulum and it was observed that both numerically and experimentally the pendulum was efficient and dampened the vibration of the model using the pendulum mass parameters of 0.121 kg and a length of with a reduction of the amplitude of vibration in the bar and the increase of the amplitude of vibration of the pendulum, in each case, in considerable and satisfactory percentages.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do ParanáO controle dinâmico de vibrações é fundamental na redução de ruídos e vibração estrutural causadas por carregamentos externos, uma vez que quando a vibração é excessiva pode comprometer a integridade física da estrutura, por meio de uma falha por fadiga ou simplesmente gerar um desconforto e interferir na segurança das pessoas. Uma das formas de controle dinâmico é por meio da utilização de neutralizadores dinâmicos, os quais utilizam-se de parâmetros concentrados de massa, rigidez e amortecimento capazes de absorver a energia vibracional da estrutura principal onde são posicionados, utilizando das possíveis configurações como os neutralizadores do tipo massa e mola, visco elásticos e pêndulo, por exemplo. Esta dissertação visou a análise da resposta de um sistema mecânico reduzido à uma estrutura de dois graus de liberdade e modelado como um sistema barra e mola, tendo a dissipação da vibração com um neutralizador dinâmico pendular. A resposta do sistema foi analisada numericamente pelo modelo analítico e a implementação em Matlab das equações de movimento do sistema e foram medidos os sinais experimentais da resposta à um deslocamento inicial aleatório e à excitação harmônica externa, resultando na análise do sistema em duas situações distintas: em vibração livre e em vibração forçada. Foram verificados percentuais satisfatórios de redução da amplitude de vibração da barra utilizando o pêndulo e observou-se que tanto numérica quanto experimentalmente o pêndulo foi eficiente e amorteceu a vibração do modelo, com parâmetros de 0,121 kg de massa e um comprimento de haste de 0,041 m, apresentando a redução da amplitude de vibração na barra e o aumento da amplitude de vibração do pêndulo, para cada caso analisado, em percentuais consideráveis e satisfatórios