Tubular structural systems appear in many industrial applications, such as heating, ventilation, and air conditioning systems, which are responsible for making any enclosed environment remain within a temperature, humidity, and cleanliness range. This kind of system has its applications in the internal environmental comfort of industrial spaces, buildings, and vehicles. Several of these spaces have industrial processes that generate high sound frequencies and mechanical vibrations that need to be adequately controlled to meet both environmental and health norms. With the intention to analyze the structural vibration of tubular systems, the modal analysis technique is a classical methodology for the extraction of natural frequencies and vibration modes. Among the various techniques of modal analysis, numerical methodologies such as the finite element method, and also analytical methodologies such as the Component Mode Synthesis (CMS) can be found. CMS is one of the leading modeling tools for complex systems that are applied to large systems. The method uses a modal superset and consists of separately modeling individual components of a structure and coupling them into a single system. The objective of this work is to demonstrate the application of the CMS technique through the estimation of natural frequencies and vibration modes in a simplified tubular structural system formed by two substructures, using MATLAB and ANSYS. The validation of the results was done through numerical modeling using the finite element method using and ANSYS software. The results obtained were satisfactory, thus demonstrating the feasibility of applying the CMS technique to an analysis of structural vibration in tubular structural systems.

No abstract

As cavidades ressonantes acopladas em dutos (do tipo ramificação lateral), também conhecidos como "Quarter-Wavelength Tube", funcionam como filtros acústicos capazes de atenuar significativamente o ruído em amplas faixas de frequência. Estes filtros podem ser empregados em diversas aplicações, principalmente nos sistemas tubulares presentes em indústrias, edifícios e veículos. Estas cavidades ressonantes tem como princípio de funcionamento a reflexão sonora devido à mudança de seção transversal entre as estruturas acopladas, neste caso, entre o duto principal e a ramificação lateral. Porém, ao introduzir um novo elemento estrutural no sistema original de dutos, a dinâmica vibratória do sistema resultante deverá ser analisada de modo a garantir a integridade estrutural e evitando assim, possíveis ressonâncias. Para isto, a análise modal é uma ferramenta clássica e eficiente para estimativa das frequências naturais e modos de vibração. No entanto, os sistemas tubulares aplicados para fins de aquecimento, ventilação e ar-condicionado, geralmente possuem grandes dimensões tanto em área transversal quanto em comprimento. Para realização da análise modal, metodologias experimentais e numéricas são as mais utilizadas. Mas diante da complexidade destes sistemas e principalmente das grandes dimensões geométricas, o método de Síntese Modal de Componentes (SMC) surge como uma alternativa às anteriores, principalmente em termos de redução de tempo e custo computacional. A SMC trabalha com modelos reduzidos de subestruturas do sistema original, e posteriormente, estas são sintetizadas de modo a obter a dinâmica do sistema completo. Diante deste contexto, o objetivo deste trabalho é implementar a técnica de SMC em um sistema duto-ressonador lateral utilizando modelagem em elementos finitos. A validação do modelo sintetizado foi feita através da modelagem do sistema completo (original) também em elementos finitos. Os resultados obtidos se mostraram satisfatórios, demonstrando eficiência e redução do tempo e do custo computacional quando é utilizado a SMC.