Relatório de Projeto

Documentos relacionados
Projeto 4. Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos. SME0301-Métodos Numéricos para Engenharia I

Relatório de Projeto

5 Formulação Dinâmica Não Linear no Domínio da Frequência

SME Cálculo Numérico. Lista de Exercícios: Gabarito

METODOLOGIAS PROGRESSIVAS PARA A ANÁLISE DA ITERAÇÃO FLUIDO-ESTRUTURA EM BARRAGENS DE CONCRETO

MOVIMENTO OSCILATÓRIO

6 Exemplos Numéricos no Domínio da Frequência

Pesquisa e Ação V4 N2: Novembro de 2018 ISSN

CAPÍTULO VII ONDAS MECÂNICAS

5 Modelos para representação da ferrovia

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DISCIPLINA DE MÉTODOS NUMÉRICOS 2º SEMESTRE 2004 Professora Aurora T. R. Pozo 1ª LISTA DE EXERCÍCIOS

SUMÁRIO PARTE 1 MODELAGEM, COMPUTADORES E ANÁLISE DE ERROS 3. PT1.1 Motivação... 3 Pt1.2 Fundamentos Matemáticos... 5 Pt1.3 Orientação...

Ondulatória. Onda na ponte. Onda no mar. Exemplos: Som Onda na corda. Prof. Vogt

10 Considerações Finais

(Versão 2014/2) (b) (d)

CURSO DE ENGENHARIA CIVIL. Professor: Elias Rodrigues Liah, Engº Civil, M.Sc. Goiânia HIPERESTÁTICA

étodos uméricos SISTEMAS DE EQUAÇÕES LINEARES (Continuação) Prof. Erivelton Geraldo Nepomuceno PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

Movimento periódico é um movimento que um objecto repete com regularidade. O objecto regressa à posição inicial depois de um intervalo de tempo.

étodos uméricos SISTEMAS DE EQUAÇÕES LINEARES (Continuação) Prof. Erivelton Geraldo Nepomuceno PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

Movimento harmônico simples (MHS)

Apresenta todos os cálculos que efectuares. No final do enunciado, encontrarás um anexo com alguma informação relevante à sua realização.

Tipos de forças, Efeito produzido pela atuação de forças, Representação vetorial de forças, Resultante de um sistema de forças Equilíbrio de forças

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO Departamento de Computação Cálculo Numérico - BCC760 Lista 4 - Raízes de Equações Não Lineares

Cálculo Numérico Noções básicas sobre erros

Cálculo Numérico. que é denominado erro relativo. Temos então para os dados acima:

LOM Teoria da Elasticidade Aplicada

Setor de Tecnologia - TC Engenharia Ambiental Prova 1. Matemática Aplicada I

Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica da UFABC. Disciplina: Fundamentos de Mecânica dos Sólidos II. Lista 2

$QiOLVHHDQiOLVHGHVHQVLELOLGDGHGHHVWUXWXUDVUHWLFXODGDV

Prof. Neckel 06/08/2017. Tipos de ondas. Nesta disciplina: Ondas mecânicas. Simulação no desmos

Oscilações e ondas. FCM 0410 Física para Engenharia Ambiental. Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC

Figura 4.1: a)elemento Sólido Tetraédrico Parabólico. b)elemento Sólido Tetraédrico Linear.

Ondas Estacionárias em uma Corda

P L A N O D E E N S I N O. DISCIPLINA: Física Geral B SIGLA: FIS-B CARGA HORÁRIA TOTAL : 60 TEORIA: 60 PRÁTICA: 0

Análise Dinâmica de uma plataforma mista aço-concreto de uma estação de carregamento de materiais

UMA FERRAMENTA COMPUTACIONAL APLICADA AO ENSINO BÁSICO DE ENGENHARIA

4 Modelagem Numérica. 4.1 Método das Diferenças Finitas

Universidade Federal do Espírito Santo - UFES

Etapas na transmissão de informação EMISSÃO PROPAGAÇÃO RECEÇÃO

Estruturas Metálicas PROPRIEDADES DOS AÇOS

PLANO DE ENSINO IMPLANTAÇÃO: VERSÃO: PRÉ-REQUISITOS: FGE1001

7. Movimentos Oscilatórios

Universidade de São Paulo Instituto de Física de São Carlos - IFSC. FCM 0210 Acústica Física. Oscilações. Prof. Dr.

Exercícios sobre zeros de funções Aula 7

3 IMPLEMENTAÇÃO DO ELEMENTO FINITO

Cálculo Numérico Computacional

1. Flambagem Introdução

Cálculo Numérico. que é denominado erro relativo. Temos então para os dados acima:

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA AGROALIMENTAR UNIDADE ACADÊMICA DE TECNOLOGIA DE ALIMENTOS DISCIPLINA: FÍSICA II ONDAS. Prof.

(Fonte: Jornal do Brasil - 02/07/95)

Por fim, deve-se mencionar o problema da geometria 2D complexa. Segundo a MFLE, as taxas de propagação das trincas por fadiga dependem

DIMENSIONAMENTO PARA TRELIÇAS DE MODO A MINIMIZAR CUSTOS MATERIAIS E OTIMIZAR A RESISTÊNCIA A DESLOCAMENTO

constante P(t) = 1000 em sua direção longitudinal, figura (5.1), com condições iniciais u(x, t) t=0 = 0 e u(x,t)

MODELAGEM DE UM OSCILADOR NÃO LINEAR OBSERVADO NOS CURSOS DE FÍSICA BÁSICA.

CENTRO DE MASSA E MOMENTO LINEAR

MEC204 Dinâmica de Fluidos Computacional. Prof. Juan Avila

ANÁLISE NÃO LINEAR FÍSICA DE TRELIÇAS PLANAS POR ELEMENTOS FINITOS CONSIDERANDO A MECÂNICA DO DANO. Luiz Antonio Farani de Souza 1

LOM Teoria da Elasticidade Aplicada

O USO DE EQUAÇÕES DIFERENCIAIS NA JUSTIFICATIVA DO DESABAMENTO DA PONTE TACOMA NARROWS Roberto A. L. SOARES a,fernando R.

Resumo. Palavras-chave. Esforços em pontes; Modelo de cargas Móveis; Análise dinâmica. Universidade Federal do Paraná /

A partir da próxima segunda, todos os produtos com 30% de desconto.

FÍSICA 2 ONDAS PROGRESSIVAS PROF. MSC. LEANDRO NECKEL

Movimento Retilíneo Uniforme Variado M08

6.Elaboração de algoritmos...13

ANÁLISE NÃO LINEAR GEOMÉTRICA DE TRELIÇAS PLANAS POR MEIO DO MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS. Luiz Antonio Farani de Souza 1

Prof. MSc. David Roza José 1/37

Neste artigo abordaremos um pouco sobre média, mediana e desvio padrão assim como o seus respectivos desenvolvimentos no Excel. Acompanhe a seguir.

Física II. Capítulo 04 Ondas. Técnico em Edificações (PROEJA) Prof. Márcio T. de Castro 22/05/2017

Números irracionais. Dinâmica 3. 1ª Série 1º Bimestre DISCIPLINA SÉRIE CAMPO CONCEITO

Interpolação polinomial: Diferenças divididas de Newton

Números Irracionais. Dinâmica 7. Aluno PRIMEIRA ETAPA COMPARTILHANDO IDEIAS. 3ª Série 3º Bimestre ATIVIDADE LOCALIZANDO NÚMEROS RACIONAIS

UM SISTEMA GRÁFICO PARA O ENSINO E PROJETO DO EFEITO DE CARGAS DE VENTO SOBRE O COMPORTAMENTO ESTRUTURAL DE TORRES METÁLICAS

TEXTO INTRODUTÓRIO. Luz e Ondas Eletromagnéticas ONDAS: Licenciatura em Ciências USP/ Univesp. Luiz Nunes de Oliveira Daniela Jacobovitz

EEL 7100 Matrizes de Rede e Fluxo de Potência

1 Introdução. Figura 1.1: Modelo de uma torre estaiada.

A Física do ENEM. Prof. Vinicius Daré

DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE DIDÁTICO PARA O ENSINO E PROJETO DO COMPORTAMENTO DINÂMICO DE ESTRUTURAS

MODELAGEM DO CÁLCULO ESTRUTURAL DE VIGAS UTILIZANDO O SOFTWARE MICROSOFT EXCEL 2007

Ondas. A propagação de uma onda não transporta matéria e sim energia.

FÍSICA. Oscilação e Ondas. Ondas e Propriedades Ondulatórias. Prof. Luciano Fontes

Lista de Exercício 3 Elastoplasticidade e Análise Liimite 18/05/2017. A flexão na barra BC ocorre no plano de maior inércia da seção transversal.

CENTRO UNIVERSITÁRIO PLANALDO DO DISTRITO FEDERAL

INTRODUÇÃO AOS MÉTODOS NUMÉRICOS. Solução de Sistemas Lineares

Para fazer uma previsão do comportamento dinâmico dos protótipos propostos em termos das deformações aplicadas nas fibras e freqüências naturais de

Física B Extensivo V. 5

Análise Numérica DCC033. Renato Assunção Departamento de Ciência da Computação UFMG

Ondulatória Parte 1. Física_9 EF. Profa. Kelly Pascoalino

PLANO DE ENSINO. Componente Curricular: Cálculo Numérico Turma: EMC /2

2 Amortecimento Amortecimento viscoso ou proporcional Sistemas de um grau de liberdade

6 Análise Dinâmica. 6.1 Modelagem computacional

Resistência dos Materiais

1 INTRODUÇÃO. 1.1.Colocação do Problema

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

Mecânica e Ondas 1º Ano -2º Semestre 2º Teste/1º Exame 05/06/ :00h. Mestrado Integrado em Engenharia Aeroespacial

Vibrações Mecânicas. Sistemas Contínuos. DEMEC UFPE Ramiro Willmersdorf

Transcrição:

Relatório de Projeto Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação Matemática Aplicada e Estatística SME301: Métodos Numéricos para Engenharia I FREQUÊNCIAS E MODOS DE OSCILAÇÃO DA PONTE Nomes: N.º USP: Allisson Santana Spina 8004631 Andres Kim 8070553 Bruno de Souza Brito 8070452 Felipe Ferrari 8004537 Renan Victor Donalonso Siqueira 8085386 São Carlos, Julho de 2013 1º Semestre

1. INTRODUÇÃO Ao se construir uma ponte, vários cálculos estruturais deve ser feitos a fim de que ela consiga suportar todas as forças (pesos dos veículos com suas cargas e a sua própria estrutura) nela empregadas. Porém, mesmo se todas as tensões nas barras forem condizentes com o projeto (abaixo das tensões admissíveis), isso não significa que a ponte será 100% segura, pois existe ainda a necessidade de avaliar as frequências naturais de vibração da mesma. As pontes, assim como qualquer outro sistema físico, possuem frequências naturais de oscilação. Quando agentes externos (passagem dos carros, andar de uma pessoa ou de várias e até mesmo o sopro do vento) excitam tal de forma periódica, a depender da frequência dessa excitação (frequência está relacionada nesse caso a periodicidade do evento) pode ocorrer um fenômeno curioso, chamado ressonância. Este fenômeno é causado quando tal frequência de excitação é a mesma que a frequência natural de oscilação do sistema físico (que no nosso estudo seria a ponte), tendo um acréscimo de energia, o que faz o sistema vibrar em demasia. Um caso conhecido aconteceu em Tacoma, no estado de Washington EUA. No dia 07 de novembro de 1940 um vento de aproximadamente 68 Km/h soprava na região. Havia uma ponte (chamada de ponte de Tacoma) na área onde ventava. Com essa velocidade, o vento não poderia causar nenhum dano sobre a construção, porém, esse agente externo excitava tal com uma frequência igual a uma das frequências naturais. Com tal efeito, houve o fenômeno da ressonância, fazendo com que a ponte vibrasse com amplitudes altíssimas, de forma até assustadora. O resultado foi como esperado, após algum momento a ponte desabou completamente. Tendo em vista tudo isso, o projeto final de uma ponte deve ter não só bons resultados estruturais, mas também oscilatórios. Assim como no primeiro caso (cálculo das tensões), a parte de cálculo dos modos e frequências de oscilações das pontes é bastante agilizado e facilitado com o uso de métodos numéricos (principalmente os voltados em encontrar os autovalores e autovetores de uma matriz que diz respeito à estrutura). Mas, assim como em outros casos, a introdução de tais métodos numéricos, e até mesmo de outros modelos (matemáticos, físicos, etc.) pode introduzir vários erros, que podem se propagar e acabar por dar resultados não satisfatórios no trabalho. 2. OBJETIVOS Tendo em vista tudo que foi apresentado até aqui, temos como objetivo neste trabalho fazer e apresentar os cálculos dos modos fundamentais de oscilações da ponte apresentada em

trabalho anterior através de métodos numéricos para cálculo de autovalores e autovetores, com auxílio do software OCTAVE. Outra finalidade é discutir sobre as possíveis fontes de erros introduzidos no projeto, que podem influenciar nos resultados obtidos com relação aos esperados, e até tornar todo trabalho mal sucedido, e sugerir qual fonte de erro é a mais significativa. 3. DESENVOLVIMENTO No intuito de calcular os modos e frequências de oscilação natural da ponte abaixo por meio de métodos numéricos computacionais foi utilizada uma rotina de programação que será explicada de forma simplificada a seguir. Para a análise vamos utilizar uma ponte real de concreto com seção transversal de 0,25 m² de área, massa de 1000 kg/barra e Módulo de Young de 10 GPa com disposição estrutural conforme imagem abaixo e com a constante elástica das vigas dada pelo produto do Módulo de Young pela área da seção transversal, dividido pelo comprimento inicial da barra. Figura 1 Ponte cujos modos e frequências de oscilação natural serão calculados. Após a leitura dos dados da ponte por meio da rotina leitura.m foi calculado seu estado de equilíbrio por meio de iterações baseadas no método numérico de Newton-Raphson, tomando-se a gravidade como zero. A seguir foram calculados os autovalores e autovalores da matriz jacobiana da ponte com a função eig do programa Octave, que nos devolve uma matriz s cujas colunas são os autovetores dos autovalores, que estão presentes na diagonal principal da matriz lambda (também devolvida pela função eig ), na mesma ordem, ou seja, a primeira coluna de s (autovetor) corresponde ao primeiro autovalor, que é o primeiro elemento da diagonal principal de lambda e assim por diante.

Após encontrar os menores autovalores e, por saber suas posições na diagonal principal da matriz lambda, sabe-se onde encontrar os seus respectivos autovetores (na matriz s ). Após a obtenção desses valores, foi possível calcular os 5 menores modos de frequência de oscilação da ponte. O cálculo foi feito, dividindo-se os 5 menores autovalores(em ordem crescrente), em módulo, pela massa total da ponte (no caso, 23.000kg), e calculando a raiz quadrada desse resultado. Os valores obtidos, em ordem crescente, foram os seguintes: Com posse dessas informações e o auxílio da função plotsimple, foi possível obter imagens de como seria a ponte oscilando com os 5 menores modos de frequência de oscilação natural dela, com fator 3 de ampliação do efeito oscilatório em todas as imagens, sendo apenas um modo de oscilação longitudinal e os demais transversais: Figura 2 1º Harmônico (Fundamental). Figura 3 2º Harmônico. Figura 4 3º Harmônico (Longitudinal). Figura 5 3º Harmônico (Longitudinal).

Figura 6 4º Harmônico Figura 7 4º Harmônico Figura 8 5º Harmônico Figura 9 5º Harmônico Para o caso de uma ponte semelhante à mostrada acima, com as mesmas especificações, os valores podem variar devido a erros das mais variadas origens. Dentre as principais fontes de erro a considerar são os erros de arredondamento, modelagem, dados e discretização. Os erros de arredondamento se fazem presentes devido ao fato de não ser possível considerar todos os algarismos presentes na medida de certas barras, sendo necessário efetuar um arredondamento, que apresenta um erro em relação à medida real. Esse erro propaga-se nos demais processos utilizados para obter os valores acima. Tem-se também o fato de que o Módulo de Young adotado pode ser diferente do real. Quanto aos erros oriundos dos dados, deve-se considerar que as medidas geométricas são inexatas, pois, por exemplo, as barras não são perfeitamente retas e deveríamos considerar isso na análise. Referente aos erros de modelagem, podemos citar a consideração da gravidade como zero; tal como o fato da concentração das massas da estrutura estar concentrada em seus nós. Também podemos errar ao considerar a ponte como uma treliça, uma vez que as uniões

(juntas e apoios) não são pontuais e sem atrito, as barras não necessariamente obedecem a linearidade da Lei de Hooke e ainda podem flambar, sem contar a possível dilatação térmica ao qual essas podem ser submetidas. Quantos aos erros de discretização, pode-se citar que a convergência para a situação de equilíbrio (analisada) não resultou num resíduo igual a zero, apesar de pequeno. Ainda no cálculo dos modos de oscilação, não podemos garantir a aritmética exata no cálculo da matriz jacobiana e, consequentemente, no cálculo dos autovalores e autovetores associados. Para identificar qual dessas fontes é a mais significativa deve-se levar em consideração que os erros de arredondamento e discretização são, de certa forma, inerentes ao método, devido ao fato de se tratar de um sistema computacional. Tem-se também o fato de que a modelagem sempre busca simplificar o sistema em análise, o que pode incorrer a um erro que muitas vezes pode afetar consideravelmente os resultados encontrados. 4. CONCLUSÃO A habilidade de modelar de forma matemática e simulada em um computador um sistema estrutural, como uma ponte, no caso, permite a análise de seus modos e frequências de oscilação natural, que são fundamentais no momento do projeto, uma vez que se deve evitar ao máximo, apesar de todos os agentes externos, que a ponte alcance tais valores de vibração, o que causaria consequências indesejadas. Para evitar essas situações é necessário ter um bom conhecimento e domínio sobre os métodos numéricos relacionados a essas simulações valorizando-se assim, engenheiros práticos à teóricos, uma vez que esses podem prever acontecimentos que os teóricos não esperavam, sendo possível assim contornar possível problemas que o projeto venha a apresentar. É importante destacar que houve erros e suas respectivas propagações, dos mais diversos tipos e decorrentes das mais variadas fontes. No entanto, muito provavelmente, os referentes à modelagem devem se tratar dos mais expressivos, pois para a análise em questão foram desconsiderados, para efeitos de simplificação, muitos parâmetros importantes.