Dinâmica de Sistemas Mecânicos
Objetivos
O objetivo desta disciplina é transmitir os conceitos fundamentais de dinâmica de sistemas de corpos múltiplos para a análise de sistemas mecânicos utilizados em diferentes aplicações industriais, desde mecanismos em geral, a biomecânica, a robótica e veículos.
No final desta UC o estudante deverá ser capaz de construir um modelo numérico de um sistema mecânico planar, seja pela programação das equações do movimento com a formulação cartesiana ou outras existentes, seja pela utilização de códigos comerciais.
O estudante também deverá conhecer as potencialidades e limitações dos modelos numéricos, sendo fomentada a utilização racional e adequada dos softwares comerciais no que concerne à representação dos sistemas reais e os seus componentes.
Caracterização geral
Código
12048
Créditos
6.0
Professor responsável
Marta Isabel Pimenta Verdete da Silva Carvalho, Pedro Samuel Gonçalves Coelho
Horas
Semanais - 4
Totais - 80
Idioma de ensino
Português
Pré-requisitos
A disponibilizar brevemente
Bibliografia
1. Nikravesh, P. E. (2018). Planar Multibody Dynamics: Formulation, Programming with MATLAB®, and Applications. CRC Press.
2. Computer Aided Analysis of Mechanical Systems: Parviz Nikravesh, 1988 Prentice – Hall Publishers. Englewod Cliffs, New Jersey.
Método de ensino
As aulas são teórico-práticas, em sala de aula equipada com computadores e software adequado. Os conceitos são ensinados através da exposição teórica das formulação e resolução prática de alguns problemas tipo, pela implementação computacional em código desenvolvido pelo aluno ou pela utilização de software comercial existente para comparação ou para implementação de casos mais complexos da engenharia.
Método de avaliação
A avaliação é realizada através da apreciação de três trabalhos práticos a realizar individualmente pelos estudantes.
NF = 0,3 T1 + 0,35 T2 + 0,35 TF
T1 e T2 são trabalhos a realizar durante o período de aulas, sendo elaborado um relatório em formato de apresentação do tipo PowerPoint a entregar junto com os restantes ficheiros criados para resolver os problemas do enunciado. Os estudantes apresentam em aula a sua resolução.
TF é o trabalho final, sendo o enunciado construído pelo estudante e o relatório elaborado com editor de texto. O relatório deverá ser entregue em conjunto com todos os ficheiros criados para resolver o problemas enunciado.
Conteúdo
1. Introdução: Conceitos de mecanismo, junta cinemática, corpo rígido e corpo flexível. Análise bidimensional e tridimensional. Conceito de cadeia cinemática, graus de liberdade. Vectores, matrizes, cálculo diferencial. Análise cinemática, análise dinâmica e síntese de mecanismos.
2. Análise cinemática: Coordenadas relativas. Equações dos constrangimentos, das velocidades e das acelerações. Método da partição de coordenadas. Constrangimentos motores.
3. Cinemática plana com coordenadas cartesianas: Coordenadas, constrangimentos e juntas. Equações de posição, velocidade e aceleração. Juntas cinemáticas. Aplicações.
4. Análise dinâmica no plano: Equações do movimento. Vector de forças. Mola-amortecedor-actuador de translação e rotação. Reacções devidas aos constrangimentos. Multiplicadores de Lagrange. Sistema de equações de movimento. Equilíbrio estático. Integração. Estabilização da violação dos constrangimentos. Aplicações.
5. Métodos numéricos para a resolução de Equações Diferenciais Ordinárias: Método de Runge-Kutta. Métodos explícitos. Métodos preditor-corrector. Algoritmos de ordem e passo variável. Equações dinâmicas com um número mínimo de coordenadas.
6. Contacto e impacto de sistemas mecânicos: definição geométrica das potenciais superfícies em contacto, algoritmos de detecção de contacto entre essas superfícies e aplicação de leis constitutivas para representar a interacção dos corpos em contacto. Aplicações a colisões de veículos automóveis.
7. Outras formulações utilizadas para análise dinâmica de corpos múltiplos: coordenadas naturais; coordenadas de junta. Aplicações em biomecânica.