Amortecimento

Esta seção do site apresenta uma visão geral resumida do que é o amortecimento e da relevância desta propriedade para a ciência e engenharia de materiais. Os diferentes métodos de caracterização também são comentados.

O intuito deste conteúdo é proporcionar para o engenheiro ou pesquisador as informações básicas sobre o amortecimento, visando facilitar a caracterização e utilização do conhecimento desta propriedade, que é fundamental para todas as classes de materiais.

Para uma discussão expandida incluindo as equações matemáticas envolvidas, realize o download do Relatório Técnico-Científico ITC04 Amortecimento: classificação e métodos de determinação.

O amortecimento, ou atrito interno, é uma das propriedades mais sensíveis de materiais e estruturas, tanto em escala macro quanto microscópica, sendo particularmente sensível à presença de trincas e micro-trincas. É o fenômeno pelo qual a energia mecânica de um sistema é dissipada (principalmente pela geração de calor e/ou energia). O amortecimento determina a amplitude de vibração na ressonância e o tempo de persistência da vibração depois de cessada a excitação (vide figura abaixo).

Decaimento da amplitude de vibração de um oscilador harmônico amortecido depois de cessada a excitação

Além da aplicação clássica no estudo de metais e em engenharia civil (devido à importância do amortecimento para a integridade de estruturas no caso de abalos sísmicos), a caracterização do amortecimento também vem sendo empregada no estudo de concretos para a avaliação do dano. Por exemplo, no caso de danos por choque térmico, a tensão mecânica induzida pelo gradiente de temperatura provoca a nucleação e propagação de micro-trincas e trincas que degradam as propriedades mecânicas do material determinando em grande parte a sua vida útil. A nucleação e evolução destas micro-trincas e trincas podem ser monitoradas com a caracterização do amortecimento, que aumenta devido ao atrito entre as paredes destas trincas.
Esta caracterização também é empregada para o estudo de defeitos em materiais, verificação da qualidade e resistência de soldas e juntas, análise de dano a maquinário industrial e motores e adequação de salas acústicas.

O amortecimento de um sistema ou material subamortecido pode ser classificado de três formas principais: interno, estrutural e fluídico. O interno está associado aos defeitos na microestrutura, granularidade e impurezas do material e a efeitos termoelásticos causados por gradientes locais de temperatura. Já o estrutural está associado a perdas de energia por atrito em juntas, parafusos e articulações semi-rígidas. Por último, o fluídico ocorre por resistência ao arraste em meio fluídico, por exemplo, a conversão de energia cinética de um pêndulo em energia térmica para o ar.

Existem diversos métodos para determinação do amortecimento, os quais podem ser obtidos basicamente por dois caminhos: mediante a duração da resposta do sistema a uma excitação transitória (exemplo: o método do decremento logarítmico empregado pelas soluções Sonelastic® e regido pela norma ASTM E-1876) e em função da resposta do sistema em função da frequência (exemplo: método da largura de meia banda de potência). O método do decremento logarítmico calcula o amortecimento a partir da atenuação da resposta acústica do material ou estrutura após uma excitação por impulso. O método da largura de meia banda de potência calcula o amortecimento através da análise da frequência do sinal oriundo da vibração, a partir da relação entre a largura de banda e a frequência central de uma ressonância. Ambos os métodos consideram um modelo para os cálculos, normalmente o modelo de amortecimento viscoelástico. A escolha do método depende principalmente da faixa do amortecimento e da frequência de vibração.

Referências:

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HASSELMAN, D.P.H. Unified Theory of Thermal Shock Fracture Initiation and Crack Propagation in Brittle Ceramics. Journal of the American Ceramic Society, v. 82(11), p. 600-604, 1969.



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