1. Ressonância
Quando um sistema é submetido a excitação externa, sua amplitude de vibração forçada pode tornar-se muito grande se a frequência de excitação estiver próxima de uma das frequências naturais do sistema. Isso é conhecido como ressonância.
Os sistemas têm muitas frequências naturais, mas geralmente focamos nas frequências na faixa mais baixa.
Na física, ressonância refere-se ao fenômeno de dois objetos com a mesma frequência vibratória causando a vibração de um terceiro objeto quando um deles vibra.
O termo “ressonância” também é usado em mecânica para descrever o fenômeno em que um objeto produz som devido à vibração em sua frequência de ressonância.
Por exemplo, quando dois diapasões com a mesma frequência são colocados próximos um do outro, um produzirá som quando vibra e o outro também começará a vibrar e a produzir som.
2. Vibração de vórtice
A vibração de vórtice refere-se à vibração causada pela alternância de desprendimento de vórtices após o fluxo em torno de um corpo sólido sob a influência do vento médio.
O estudo da vibração de vórtices em pontes é um campo da aerodinâmica.
A vibração de pontes induzida por vórtices é um tipo de vibração que possui características de vibração autoexcitada e forçada, com amplitudes finitas.
Ele pode manter constante a frequência induzida pelo vórtice dentro de uma ampla faixa de velocidades do vento, resultando em um fenômeno de “bloqueio”.
O cálculo da amplitude finita da ressonância induzida pelo vórtice da ponte é um problema crucial, mas desafiador.
Atualmente, uma teoria abrangente para a análise de vibrações de vórtices de pontes não foi totalmente desenvolvida tanto nacional como internacionalmente.
Na prática, uma combinação de métodos semi-teóricos e semi-experimentais é usada para aproximar a amplitude da ressonância induzida por vórtices.
3. Vibração
Flutter refere-se a um fenômeno de vibração autoexcitada causado pela interação entre forças aerodinâmicas e a elasticidade e inércia da estrutura. É resultado do acoplamento entre o fluxo e a estrutura.
Buffeting, por outro lado, refere-se à resposta forçada de uma estrutura a forças aerodinâmicas periódicas causadas por condições de fluxo instáveis, como separação de fluxo e interferência de choque na camada limite.
Portanto, sob a definição tradicional, o flutter clássico é um tipo de vibração autoexcitada, enquanto o buffeting é um tipo de vibração forçada.
Existe também um fenômeno conhecido como estol flutter, que ocorre em ângulos de ataque elevados.
Alguns especialistas acreditam que este tipo de vibração estrutural, caracterizada por fortes condições de separação, coexiste com vibração e golpes.
4. Dinâmica
Vibração dinâmica (Buffeting) em aeronaves refere-se à vibração dos componentes da aeronave devido à excitação do fluxo ou esteira de ar separada, fazendo com que oscilem em sua frequência natural.
Um exemplo comum de golpe é o golpe da asa da cauda, que ocorre quando a cauda está atrás da asa, da junta da fuselagem ou de outros componentes. A perturbação na esteira faz com que a cauda vibre fortemente.
Ângulos de ataque elevados podem tornar uma aeronave particularmente propensa a oscilações de cauda, o que tem sido a causa de acidentes graves no passado.
A asa também pode sofrer golpes devido à separação de seu próprio fluxo de ar. Na faixa transônica, a separação da camada limite induzida por ondas de choque é outra causa importante de golpes.
Buffeting impõe limites ao coeficiente de sustentação disponível e ao número Mach da aeronave. Para evitar golpes, a forma aerodinâmica é normalmente corrigida e a posição relativa entre a cauda, a asa e a fuselagem é adequadamente organizada.
Buffeting é uma vibração aleatória, mas é regular no domínio da frequência, e o pico principal do seu espectro de potência geralmente corresponde à primeira frequência natural.
Embora o golpe não danifique imediatamente a estrutura da aeronave, ele aumenta o estresse estrutural, reduzindo a vida útil da aeronave em fadiga. Também tem um impacto negativo no desempenho aerodinâmico, no sistema de armas, nos instrumentos e equipamentos mecânicos e eletrônicos, bem como no conforto dos passageiros.
Em casos graves, o golpe pode fazer com que o piloto perca o controle, colocando em risco a segurança do voo e do piloto.
Portanto, o buffeting é considerado um fator importante no projeto de aeronaves.
5. Anormal
É uma vibração anormal que ocorre em um compressor de turbina, também conhecido como compressor de palhetas, quando o fluxo diminui até um determinado nível.
Os compressores centrífugos, que são um tipo de compressor de turbina, são particularmente vulneráveis a surtos.
A ocorrência de vibração está relacionada às características das máquinas e tubulações de fluidos. Quanto maior a capacidade do sistema de dutos, mais forte será o surto e menor será sua frequência.
A sobretensão interrompe o fluxo regular do meio dentro da máquina, cria ruído mecânico, causa forte vibração em seus componentes e acelera o desgaste de rolamentos e vedações.
Se a vibração causar ressonância na tubulação, no maquinário e em sua fundação, poderá resultar em consequências graves.
6. Cruzada
Vibração cruzadam é um tipo de vibração que ocorre em estruturas com seções complexas e irregulares não aerodinâmicas, como quadradas, retangulares e outras formas semelhantes.
A causa é que a curva de sustentação tem uma inclinação negativa, o que cria um efeito de amortecimento negativo na sustentação do ar, fazendo com que a estrutura absorva continuamente energia externa e forme uma vibração divergente semelhante à vibração.
Com base no mecanismo de geração, o galope pode ser dividido em dois tipos: esteira e fluxo cruzado.
De esteira é uma vibração instável causada pela estrutura a jusante sendo excitada pelo fluxo que passa pela flutuação da estrutura frontal. Estruturas como os cabos das pontes estaiadas e os suspensórios das pontes suspensas são mais suscetíveis ao galope da esteira.
O fluxo cruzado é uma vibração autoexcitada por flexão divergente causada pela inclinação negativa da curva de sustentação. Esta inclinação negativa faz com que o deslocamento da estrutura se alinhe com a direção da força do ar durante a vibração, fazendo com que a estrutura absorva continuamente energia externa e resulte em vibração instável.
O fluxo cruzado normalmente ocorre em estruturas leves e flexíveis com seções angulares não aerodinâmicas, como cabos e suspensórios em sistemas de pontes suspensas.
Existe também a possibilidade de divergência galopante em outras estruturas, como pontes de vigas de aço com pequena relação largura-altura, pontes estaiadas altas e flexíveis de longo vão, torres de pontes suspensas e vigas principais de pontes com estrutura de aço contínua. durante a fase de construção do cantilever máximo.
7. Vortex
A rua Vortex é um fenômeno comum na mecânica dos fluidos que é frequentemente observado na natureza.
Quando um fluxo de entrada constante passa ao redor de objetos sob certas condições, vórtices com direções rotacionais opostas e arranjos regulares se desprenderão periodicamente de ambos os lados do objeto, formando uma rua de vórtice Carmen após ação não linear.
Por exemplo, se a água passar por um píer ou o vento passar por uma torre, chaminé ou fio elétrico, uma rua de vórtice Carmen se formará. O fenômeno leva o nome de Carmen, que foi a primeira a propor sua existência.
Os proeminentes engenheiros mecânicos chineses Qian Xuesen, Guo Yonghuai e Qian Weichang trabalharam no laboratório Carmen.
Se a frequência alternada de desprendimento da vortex coincidir com a frequência da onda estacionária acústica do objeto, ocorrerá ressonância.
Muitos pré-aquecedores e caldeiras industriais são compostos de tubos circulares, e o fluido que flui ao redor do tubo circular pode fazer com que o derramamento alternado do vórtice Carmen vibre a coluna de gás na caixa do pré-aquecedor.
Se a frequência alternada de desprendimento da rua do vórtice coincidir com a frequência da onda estacionária acústica do objeto, isso pode causar ressonância acústica e fazer com que a caixa do tubo vibre violentamente. Em casos graves, o tambor vibratório da caixa do tubo do pré-aquecedor pode ficar instável ou até mesmo quebrar.
Para evitar danos ao equipamento, as frequências naturais da caixa da tubulação e do gás podem ser ajustadas para escaloná-las da frequência de derramamento do vórtice da rua Carmen, evitando ressonância.
