Análise do comportamento dinâmico de rotores em eixos bobinados

Abstract

Este trabalho tem por objetivo analisar, utilizando o método dos elementos finitos, o comportamento dinâmico de rotores em eixos bobinados. Os rotores são formados por um ou dois discos acoplados à um eixo apoiado em mancais flexíveis. Os eixos são, neste caso, fabricados a partir do bobinamento de fibras impregnadas em resina sobre um mandril. Os discos são considerados rígidos e um elemento do tipo viga com módulo equivalente é utilizado para modelar o eixo do rotor. Um modelo de amortecimento interno é introduzido através de um módulo equivalente amortecido. Inicialmente, são determinadas a resposta a uma massa desbalanceada e as zonas de instabilidade para os modos em flexão de rotores apoiados em mancais com diferentes configurações. Nos modos em torção, são determinadas as freqüências naturais e os respectivos fatores de amortecimento, bem como a resposta em freqüência. Os resultados obtidos com o eixo em carbono/epóxi e em vidro/epóxi, mostraram que o ângulo de bobinagem do eixo pode ter forte influência na localização das freqüências naturais, tanto nos modos em flexão quanto em torção. O amortecimento interno, proveniente do material composto, pode reduzir consideravelmente os picos de amplitudes de vibrações, porém pode gerar instabilidade no sistema. E por fim, com o objetivo de ressaltar as vantagens e a flexibilidade oferecidas pelo uso de materiais compostos em rotores, um método de otimização foi utilizado para minimizar picos de amplitude, evitar zonas de instabilidade e determinar a posição ótima das velocidades críticas, tendo como variáveis de projeto o ângulo de bobinagem, as rigidezes dos mancais e a posição do disco no eixo.