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Type: DISSERTAÇÃO DIGITAL
Degree Level: Mestrado
Title: Análise de incertezas no limite de estabilidade em rotores suportados por mancais hidrodinâmicos cilíndricos
Title Alternative: Uncertainty analysis of the threshold of stability on rotors supported by cylindrical hydrodynaimc bearings
Author: Visnadi, Laís Bittencourt, 1992-
Advisor: Castro, Hélio Fiori de, 1977-
Abstract: Resumo: Esse trabalho investiga a influência de incertezas na folga radial do mancal e na viscosidade do óleo do mancal no limite de estabilidade de rotores. Para solução do problema estocástico, foi utilizado o Método de Monte Carlo. A avaliação das influências dos parâmetros foi feita através de um planejamento fatorial completo, considerando dois níveis de coeficiente de variação para cada parâmetro. O modelo de mancal utilizado foi o modelo linear para mancal curto, em que a influência do filme de óleo no sistema é representada por coeficientes de rigidez e amortecimento, diretos e cruzados. Esse modelo foi escolhido por ser mais simples, de forma que compensasse o alto custo computacional das simulações de Monte Carlo. Foram considerados três diferentes modelos de rotor: rígido, Laval e flexível modelado por elementos finitos. O modelo de rotor rígido considera um eixo sem qualquer flexibilidade, enquanto o modelo Laval considera um eixo flexível com massa desprezível. No caso do rotor modelado por elementos finitos, o eixo é modelado por elementos de viga de Timoshenko. A avaliação da influência das incertezas nos parâmetros foi feita considerando os mesmos parâmetros e dimensões nos três modelos, exceto pelos parâmetros que precisam ser acrescentados de acordo com a complexidade do modelo. Os resultados mostraram que para o rotor rígido, a folga tem mais influência que a viscosidade nos quatro momentos estatísticos considerados (média, variância, simetria e curtose), sendo que na média e na variância, a viscosidade tem efeitos mínimos. Ao considerar confiança de 95%, apenas a folga tem efeitos significativos na média e na variância, de forma que a curtose e a simetria não sofrem efeitos significativos de nenhum dos parâmetros. No modelo de rotor flexível Laval, a viscosidade tem mais influência que a folga na média do limite de estabilidade, mas a folga tem mais influência nos outros momentos. Ao considerar 95% de confiança, apenas a folga apresenta efeito significativo na variância, na simetria e na curtose do limite de estabilidade. Já no rotor flexível modelado por elementos finitos, todos os momentos sofrem mais influência da viscosidade, sendo que para a variância, a folga apresenta efeito mínimo. A viscosidade só tem efeito significativo na variância do limite de estabilidade, considerando 95% de confiança. O modelo de elementos finitos apresenta menor incerteza no limite estabilidade, caracterizando maior robustez em relação ao modelo Laval. Assim, o modelo Laval pode ser utilizado para caracterizar a influência de incertezas no sistema como uma primeira aproximação, mas recomenda-se que seja utilizado o modelo de elementos finitos para melhores resultados, uma vez que o sistema real é melhor representado por ele. Por fim, ressalta-se que sistemas caracterizados de forma diferente das consideradas nesse trabalho podem não apresentar os mesmos resultados

Abstract: This work investigates the influence of uncertainties of bearing radial clearance and oil viscosity on the stability threshold of rotors. The solution of the stochastic problem was obtained by the Monte Carlo Method. The evaluation of the influences of the parameters was made by a complete factorial design, considering two levels of coefficient of variation for each parameter. The utilized bearing model was the linear model for short bearing, in which the oil film influence on the system is represented by stiffness and damping coefficients, direct and crossed. This model was chosen because of its simplicity, so it could compensate the high computational cost of the Monte Carlo simulations. Three different rotor models were considered: rigid, Laval and flexible modeled by finite elements. The rigid rotor model considers a shat without any flexibility, whilst the Laval model considers a flexible massless shaft. In the case of rotor modeled by finite elements, the shaft is modeled by Timoshenko beam elements. The evaluation of the uncertainties on parameters was made considering the same parameters and dimensions on all rotor models, except by parameters that must be included according to the model complexity. Results show that for the rigid rotor, the bearing clearance has more influence than the oil viscosity on the four statistical moments considered of the stability threshold (mean, variance, skewness and kurtosis), and for the mean and variance, the oil viscosity has minimum effects. Considering a 95% confidence, only the bearing clearance has significative effects on the mena and the variance, so the kurtosis and the skewness are not significantly affected by any parameters. For the Laval model of the flexible rotor, viscosity has more influence on the mean of the stability threshold, but the bearing clearance has more influence on the other statistical moments. Considering a 95% confidence, only the bearing clearance has significant effects on variance, skewness and kurtosis of the threshold of stability. For the flexible rotor modeled by the finite elements method, all the statistical moments are more influenced by the oil viscosity, and for the variance, the bearing clearance has minimum effect. Oil viscosity only has significant effect on the variance of the stability threshold, considering a 95% confidence. The finite elements model presents lower uncertainty in the threshold of stability, characterizing greater robustness when compared to the Laval model. Thus, the Laval model may be used for characterizing the uncertainties influence on the system as a first approximation, but it is recommended to apply the finite elements model for better results, as the real system is better represented by it. Lastly, it is highlighted that systems that are characterized in different ways then the ones considered in this work may not present the same results
Subject: Rotores
Mancais
Incerteza
Monte Carlo, Método de
Language: Português
Editor: [s.n.]
Citation: VISNADI, Laís Bittencourt. Análise de incertezas no limite de estabilidade em rotores suportados por mancais hidrodinâmicos cilíndricos. 2018. 1 recurso online (110 p.). Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331346>. Acesso em: 3 set. 2018.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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