Após montagem do esquema experimental, procedeu-se à realização dos testes de vibração, que tiveram como objetivo caracterizar o comportamento dinâmico das amostras. Em cada caso a amostra foi excitada com uma força senoidal do tipo varredura, em torno de sua freqüência natural relacionada ao primeiro modo de vibração longitudinal. Entretanto, antes de iniciar esse processo, foi necessário checar alguns procedimentos quanto à calibração dos equipamentos. Primeiro, foi verificado se ocorria interferência da montagem experimental na excitação produzida pelo atuador. Depois foi medido o espectro da excitação (força) aplicada na amostra, para investigar se o mesmo mantinha uma amplitude constante (resposta plana) na região de interesse em torno da freqüência de ressonância.
3.8.2.1. Investigação da Interferência da Montagem Experimental
Na verificação da ocorrência de possível interferência da montagem experimental na excitação produzida pelo atuador, procedeu-se da seguinte forma: o acelerômetro foi fixado diretamente no elemento oscilante do atuador, realizando-se a medição com o atuador fora da estrutura de suporte, como se observa na FIGURA 3.7.
FIGURA 3.7. Detalhe do atuador com acelerômetro fixo no elemento oscilante, fora da
estrutura de suporte.
Logo após, colocou-se o atuador e o acelerômetro na estrutura de suporte, como se verifica na FIGURA 3.8 e procedeu-se a medição usando o mesmo procedimento anterior.
FIGURA 3.8. Detalhe do atuador com acelerômetro fixo no elemento oscilante,
inserido na estrutura de suporte.
Desta forma obtiveram-se dois espectros correspondentes à medição com o atuador fora e fixado na montagem do esquema experimental. Na FIGURA 3.9, observa-se o espectro da excitação aplicada pelo atuador e captada pelo acelerômetro, nas duas situações.
Verifica-se que a montagem não interferiu no sinal aplicado pelo atuador na região de interesse, em torno da freqüência de ressonância axial das amostras. Nesta faixa, até em torno de 11 kHz, o espectro resultou em aproximadamente o mesmo. Percebe-se também, na Figura 3.9, que ao se aproximar dos valores de freqüência em torno de 15 kHz, a curva apresentou um pico, para as duas situações (com e sem montagem do esquema experimental). Este fato ocorreu porque esse valor é próximo da freqüência de ressonância do acelerômetro.
Na mesma figura, observa-se o detalhe da região dos espectros de resposta para as duas situações (com e sem montagem do esquema experimental) entre 8 e 11 kHz em torno da qual os espectros têm praticamente o mesmo comportamento.
Outro detalhe também verificado na FIGURA 3.9 é o nível de ruído da varredura senoidal aplicada. O comportamento teórico esperado pra este tipo de varredura é um valor constante dentro de determinada faixa de freqüência de interesse. No entanto, devido a ruídos gerados possivelmente no processo de medição e aquisição dos sinais, ruídos dos equipamentos utilizados para gerar e aplicar a excitação, como também a modificações geradas no espectro em conseqüência da aplicação de filtros no processamento dos sinais, ocorreu imperfeições no espectro de resposta tornando-o
ruidoso na faixa de interesse. A flutuação, entretanto é pequena quando comparada ao nível de sinal aplicado.
3.8.2.2. Medição do Espectro de Excitação
Com a posterior disponibilização de uma célula de carga e outro analisador de espectro, foi possível realizar testes complementares para obter o espectro da força que efetivamente foi aplicada nas amostras e investigar o seu comportamento na faixa de interesse da freqüência de ressonância destas amostras. Foi acoplada na amostra uma célula de carga modelo 208A-02 da PCB entre o atuador e a amostra. A mesma foi conectada a um condicionador de sinais 480E-09, do mesmo fabricante. Na FIGURA 3.10, apresenta-se como foi realizada a montagem.
FIGURA 3.9. Excitação aplicada pelo atuador, nas situações com e sem montagem do
FIGURA 3.10. Detalhe da célula de carga fixada entre o atuador e a amostra.
A amostra foi excitada e os sinais foram medidos e processados utilizando um analisador de sinais de dois canais DATA PHYSICS modelo SignalCalc QUATTRO, conectado a um computador. Foram utilizados dois canais sendo um canal utilizado para medir a excitação aplicada e o outro canal para medir a resposta do sistema, através do acelerômetro. Cada sinal medido teve duração de 0,08s com 4096 pontos com aplicação de uma janela retangular. Os sinais captados foram processados no próprio analisador, para obtenção do espectro de excitação e a função de resposta em freqüência (FRF). Para obtenção de cada espectro foram feitas 100 repetições.
Nas FIGURAS 3.11, 3.12 e 3.13 são apresentados os espectros da excitação aplicada na amostra, a função resposta em freqüência (FRF) e o espectro da resposta medidas na amostra pelo acelerômetro, respectivamente. Percebe-se no espectro de excitação, que na freqüência de ressonância da amostra, ocorreu uma discreta queda na amplitude da força, conforme observado por MAYES e GOMEZ (2006), em testes que utilizam atuador. Considera-se que a flutuação foi pequena em relação à amplitude da excitação aplicada.
FIGURA 3.11. Espectro da excitação aplicada na amostra.
FIGURA 3.12. Espectro da função de resposta em freqüência
0 5 10 15 20 25 30 35 6500 7500 8500 9500 10500 11500 12500 frequência (Hz) am p lit u d e (d B V )
FIGURA 3.13. Espectro de resposta do acelerômetro.
A validação dos resultados dos ensaios foi feita levando em conta a função de coerência que dá o grau de linearidade entre a força aplicada e a aceleração obtida, para cada freqüência. Esta função está compreendida entre 0 e 1. Observando a função de coerência para esta medição (FIGURA 3.14), percebe-se que obtiveram-se valores próximos a 1,0 na região de interesse, o que indica que a resposta medida é devido à excitação aplicada, sendo baixo o nível de ruído na medição em torno da ressonância.