Repositório Institucional da UnB: Análise de um amortecedor de coluna de líquido sintonizado em uma turbina eólica sujeita a carregamento aleatório
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Título: Análise de um amortecedor de coluna de líquido sintonizado em uma turbina eólica sujeita a carregamento aleatório
Referência: ALKMIM, Mansour Hassan. Análise de um amortecedor de coluna de líquido sintonizado em uma turbina eólica sujeita a carregamento aleatório. 2017. xvi, 90 f., il. Dissertação (Mestrado em Ciências Mecânicas)—Universidade de Brasília, Brasília, 2017.
Resumo: Os sistemas passivos de dissipação de energia abrangem uma variedade de materiais e dispositivos para melhorar o amortecimento de estruturas. Entre os atuais sistemas de dissipação de energia passiva, o amortecedor de coluna de líquido sintonizado (TLCD), uma classe de controle passivo que utiliza líquido em um reservatório de forma "U", tem sido amplamente pesquisado em diversas aplicações. O principal objetivo desta dissertação é desenvolver técnicas de análise numéricas e experimentais para um TLCD com aplicação em turbinas eólicas submetido a cargas de vento aleatório. A análise numérica está dividida em duas etapas. A primeira etapa considera o modelo determinístico da turbina e TLCD. Um algoritmo de otimização é utilizado para encontrar parâmetros ótimos do TLCD submetido a espectros de vento aleatório. Em seguida, um exemplo numérico com um modelo de turbina eólica simplificado é estudado para ilustrar a eficácia do TLCD e é mostrado que diferentes espectros de vento podem afetar significativamente os resultados de otimização, isto é, os parâmetros do TLCD. Os resultados no tempo e frequência da análise de vibração aleatória mostram uma redução satisfatória dos níveis de vibração de resposta. Na segunda etapa, considera-se o modelo não determinista com objetivo de quantificar incertezas nos parâmetros do TLCD e da estrutura. A função de resposta em frequência do sistema com TLCD é investigada considerando dois casos de incerteza de parâmetros. Para o primeiro caso, os resultados mostraram que a incerteza só é predominante perto da região de ressonância e antirressonância e pode interferir na condição ideal do TLCD. Para o segundo caso, as incertezas estão presentes em todas a faixa de frequência. Finalmente, uma análise experimental é realizada. A caracterização dos parâmetros modais do TLCD e da estrutura é realizada e os resultados numéricos e teóricos se mostram em boa concordância. Em seguida, A resposta do sistema acoplado é investigada. Os resultados mostram que o efeito da massa adicional é o predominante. Embora o efeito do TLCD tenha sido pequeno, ele apresenta uma redução de vibração próximo a sua frequência natural.
Abstract: Passive energy dissipation systems encompass a range of materials and devices for enhancing damping. Among the current passive energy dissipation systems, tuned liquid column damper (TLCD), a class of passive control that utilizes liquid in a "U" shape reservoir to control structural vibration of the primary system, has been widely researched in a variety of applications. The main objective of this thesis is to develop numerical and experimental analysis techniques for a liquid column damper subjected to random wind loads with particular application in wind turbines. The numerical analysis in this thesis is divided in two stages. The first stage consider the deterministic model of the wind turbine and TLCD. An optimization approach is used to search for optimized parameters considering different wind spectrums. Then, a numerical example with a simplified wind turbine model is given to illustrate the efficacy of TLCD and it is shown that different wind spectra can significantly affect the optimization results, i.e. the TLCD parameters. Time and frequency domain results from the random vibration analysis are shown with satisfactory reduction of the response vibration levels. In the second stage, nondeterministic model is studied with goal to quantify uncertainties in the damper and structure parameters. The frequency response function is investigated considering two cases of parameter uncertainty. The results showed that, for the former, the uncertainty is only predominant near the resonance and anti-resonance region and can indeed interfere in the optimum condition of the absorber. For the latter, the uncertainties are presented in frequency range. Finally, an experimental characterization of the TLCD and structure is carried out. The characterization of the modal parameters of the TLCD and the structure is performed and the numerical and theoretical results that show good agreement. Then, the response of the coupled system is investigated. Results showed that the effect of added mass is predominant. While the effects of TLCD were minimal, it showed a vibration reduction which validated the correctly tuned TLCD near its natural frequency.