Dinâmica não linear e controle de um sistema vibratório modelado com memória de forma e, excitado por fontes de energia do tipo ideal e não ideal

Abstract

This work concerns of three parts, in the first we will make the study of the dynamical of a single - degree of freedom oscillator, which consist of a mass connected to a shape memory element and a dashpot, where the system harmonically excited (ideal source). An analytical solution for the system stationary oscillations is obtained by perturbations method, where was used the method of multiple scales. Due to this solution one can observe nonlinear phenomena trough of frequency - response curves. Besides, conditions for the system stability and the existence of saddle - node bifurcations are also obtained. In the second part show the computational and analytical study of the nonlinear dynamic behavior of the SMA oscillator, excited by a non ideal source - an unbalanced direct current electric motor of limited power. A problem whose mathematical model represents a simplified system (the characteristic of the motor in stationary state). It adopts the Lagrange formularization to deducing the equations of motion. Regular and irregular (chaotic) behaviors depend of the physical parameters and can be observed when a numerical integration is performed. The analytical solution is obtained using the averaging method, where due to this solution on can observe typical non-ideal phenomena like the amplitude motion dependency to the frequency of the excitation (Sommerfeld effect). The third part is dedicated to the application and performance of the linear feedback control for the suppressing of the chaotic motion of an ideal and non ideal system, theses systems are numerical studied.

Este trabalho consiste de três partes, na primeira fez - se o estudo da dinâmica de um oscilador com um grau de liberdade, em que uma massa é conectada a um elemento com memória de forma e um amortecedor, onde o sistema é excitado harmonicamente (sistema ideal). Uma solução analítica para o movimento estacionário do sistema é obtida através da análise de técnicas de perturbações, onde foi utilizado o método das múltiplas escalas. Por intermédio desta solução observa - se fenômenos não lineares através das curvas de resposta em freqüência. Além disso, obtém - se condições de estabilidade para o sistema e condições para a existência de bifurcação do tipo sela - nó. Na segunda parte apresenta - se o estudo do comportamento dinâmico não linear de um oscilador com memória de forma, excitado por uma fonte não ideal - um motor elétrico de corrente contínua, desbalanceado e com potência limitada. Toma - se, um problema cujo modelo matemático representa um sistema simplificado (com característica do motor no regime estacionário). Adota - se a formulação Lagrangeana para gerar as equações de movimento. Os resultados são obtidos através de integrações numéricas das equações de movimento sendo possíveis obter oscilações regulares e irregulares (caóticos), os quais dependem da escolha dos parâmetros do sistema. A solução analítica é obtida utilizando - se o método da média, onde é possível observar fenômenos intrínsecos a sistemas não ideais tais como dependência da freqüência de excitação com relação à amplitude de oscilação da coordenada de movimento do sistema (Efeito Sommerfeld). A terceira parte é dedicada à aplicação de uma técnica de controle linear ótimo para a supressão do movimento caótico tanto do sistema ideal quanto do sistema não ideal, via simulações numéricas.