O GDS se dedica ao desenvolvimento de metodologias numéricas, analíticas e experimentais, destacando-se as aplicações nos temas descritos a seguir.

 

• Modelagem e análise de sistemas dinâmicos
  • Dinâmica de estruturas

Modelagem e análise do comportamento dinâmico de estruturas em médias e baixas frequências utilizando métodos modais, numéricos e analíticos. Caracterização dinâmica e análise modal experimental convencional e operacional com acelerômetros e vibrometria laser.

Modelagem e análise do comportamento vibroacústico de estruturas mecânicas em médias e altas frequências via propagação de ondas por métodos analíticos, semi-analíticos e numéricos. Modelos dinâmicos alternativos, utilizando métodos de mobilidade, impedância ou matriz de rigidez dinâmica com aplicações em estruturas comuns ou leves utilizadas na indústria automobilística e aeronáutica e espacial.

Modelagem de elementos estruturais com característica dinâmica do tipo band-gap para aplicações em controle de vibrações.  Tipicamente, quando esse fenômeno ocorre devido à periodicidade de elementos geométricos ou de material, criando padrões destrutivos de interferência de ondas do tipo espalhamento de Bragg, esses elementos são chamados de cristais fonônicos. Quando ocorre devido à ressonadores locais periodicamente distribuídos, são chamados de metamateriais.        

• • Dinâmica não linear e controle

Desenvolvimento de estudos relacionados à dinâmica de sistemas mecânicos não lineares. Uma das possibilidades de resposta desses sistemas é o caos, modernamente definido como o comportamento estocástico de sistemas determinísticos. Ainda nesse tema, tem-se interesse no controle desses sistemas, sobretudo da resposta caótica.

• • Vibrações em sistemas mecânicos

A determinação de propriedades de centros de gravidade e momentos de inércia por técnicas oscilatórias (pendulo trifilar e pendulo físico) e por técnicas de aceleração (peso acelerado). Uso de técnicas tradicionais por cronômetro comparado a técnicas de processamento de imagem. Quantificação da incerteza segundo a ISO-GUM para os procedimentos experimentais. Implementar recentes técnicas de aceleração para a determinação do momento de inércia de giração e o torque dissipativo em sistemas rotativos.

Histórico: A determinação de propriedades de centros de gravidade e momentos de inércia é de fundamental para a caracterização da dinâmica de sistemas mecânicos. Por exemplo, estas propriedades têm impacto na dinâmica de voo de estruturas aeronáuticas e aeroespaciais, e na caracterização da dinâmica torsional de turbinas eólicas e hidrocinéticas.

O momento de inércia de giração é determinado por técnicas oscilatórias (pendulo trifilar e pendulo físico) e por técnicas de aceleração (peso acelerado) atualmente. Os procedimentos experimentais fazem uso de técnicas tradicionais por cronômetro comparado a técnicas de processamento de imagem. Busca-se a quantificação da incerteza segundo a ISO-GUM para os procedimentos experimentais (atualmente, o pendulo trifilar).

Almeja-se ainda implementar recentes técnicas de aceleração para a determinação do momento de inércia de giração e o torque dissipativo em sistemas rotativos, por exemplo turbinas eólicas.

Caracterização do comportamento torsional de sistemas eletromecânicos, sobretudo os presentes em turbinas eólicas. Análise do acoplamento de sistemas rotor+caixa multiplicadoras a geradores elétricos síncronos de imãs permanentes.

• • Modelagem e quantificação de incertezas

Caracterização e quantificação dos efeitos da variabilidade tipicamente imposta pelos processos de manufatura comportamento dinâmico de uma ou um conjunto de estruturas. Quando um engenheiro projeta uma estrutura como um carro, ele tem em mente um modelo ideal, ou nominal. No entanto, diferenças neste projeto nominal aparecem quando esta estrutura é fabricada, podendo afetar seu desempenho. Na indústria, é comum que centenas deste produto sejam fabricados todos os dias e cada produto pode apresentar o seu nível de desempenho único, ou seja, apresentam uma variabilidade de fabricação. Atualmente, estão sendo desenvolvidos métodos para a inclusão desse tipo de variabilidade em métodos de propagação de ondas, que, tipicamente, assumem guias de ondas homogêneos ou periódicos na direção de propagação, com aplicações em materiais compósitos ou metamateriais produzidos via manufatura aditiva.

 

• Identificação em vibrações e acústica

• • Problemas Inversos

Método inversos combina dados do modelo inicial da estrutura com dados medidos molhorando assim a modelagem ou test da estrutura. Essa técnica é utilizada para estimação de parametros modais e estruturais  do sistema. Na pratica, o modelo é baseado em um modelo numérico e as medidas experimentais são geralmente na forma de dados modais ou a função de resposta em frequência (FRF). As técnicas de estimação utilizadas são baseadas no ajuste de modelo (Model Updating) e Inferência Bayesiana (Bayesian inference).

• • Detecção de Danos

      Detecção de danos em estruturas utilizando a partir da mudanças nas características vibracionais da estrutura e utilizando métodos de propagação de ondas.  Os danos podem induzir alterações nas propriedades locais e globais de uma estrutura. Estas alterações, sob controle, podem ser associadas com os parâmetros do dano. As mudanças estão incluídas no sinal da resposta dinâmica obtida da estrutura e apartir dela a detecção do dano é obtida. A detecção do dano relizada por propagação de ondas em meios elásticos baseia-se no fato de que os danos estruturais provocam um fenômeno único de espalhamento da onda e do modo de conversão, onde  a localização e uma avaliação quantitativa do dano podem ser obtidas examinando os sinais de ondas espalhadas pelo dano. Nessa linha de pesquisa técnicas para a detecção e quantificação do dano que inclua a aleatoriedade presente na geométrica e nas propriedades do material são estudadas.

 

• Estruturas inteligentes

Materiais inteligentes são aqueles que exibem acoplamento de vários domínios físicos (conversão entre diferentes formas de energia), podendo ter suas características físicas modificadas pela alteração controlada das variáveis de estado que caracterizam estes domínios. Dentre os materiais inteligentes existentes, destacam-se: materiais piezoelétricos, ligas com memória de forma, materiais magneto-estrictivos.

Os principais objetivos desta linha consistem na modelagem, simulação e experimentação de estruturas inteligentes submetidas a carregamentos dinâmicos, sobretudo sistemas mecânicos compostos por materiais inteligentes. Atualmente, estão sendo desenvolvidos projetos relacionados à utilização de Ligas com Memória de Forma em absorvedores dinâmicos de vibrações e de Material Piezelétrico para colheita de energia elétrica e controle.