Desenvolvimento de atenuador de massa sintonizada para trilho ferroviário

Abstract

O ruído de rolagem produzido no deslocamento de composições ferroviárias ocasiona impactos ambientais e problemas de saúde pública. Entre as abordagens de mitigação, destaca-se o uso de dispositivos passivos aplicados diretamente na fonte emissora para o controle de vibrações. Este trabalho tem como objetivo apresentar o desenvolvimento em laboratório de um atenuador de massa sintonizada para mitigar o ruído de rolagem decorrente de vibrações mecânicas em trilhos ferroviários. O atenuador foi projetado para reduzir a amplitude de vibração de uma amostra de trilho tipo TR-45, nos modos de flexão lateral dos trilhos, diminuindo a irradiação sonora associada a essas vibrações. O dispositivo é composto por um conjunto de chapas de aço e de borracha, cujas espessuras foram ajustadas por um algoritmo genético para sintoniza-lo as frequências naturais do trilho. A fim de avaliar a sintonia, foi gerado um modelo não sintonizado para comparação. Simulações numéricas de análise modal e resposta harmônica foram utilizadas para validar a sintonia em relação a amostra de referência. Os protótipos foram fabricados e acoplados a alma do trilho para uma análise modal experimental, na qual se observou uma redução significativa nas amplitudes de vibração nas frequências sintonizadas, comprovando a eficácia do atenuador na atenuação das vibrações mecânicas em modos de flexão lateral.

The rolling noise generated during the movement of railway vehicles causes environmental impacts and public health issues. Among the mitigation strategies, the use of passive devices applied directly at the source for vibration control stands out. This thesis aims to present the laboratory development of a tuned mass damper designed to mitigate rolling noise resulting from mechanical vibrations in railway tracks. The damper was designed to reduce the vibration amplitude of a TR-45 rail sample in its lateral bending modes, thereby decreasing the sound radiation associated with these vibrations. The device consists of a set of steel and rubber plates, with thicknesses adjusted by a genetic algorithm to tune the system to the natural frequencies of the rail. To assess the tuning effect, an untuned model was also generated for comparison. Numerical simulations involving modal analysis and harmonic response were performed to validate the tuning relative to the reference rail sample. Prototypes were manufactured and attached to the web of the rail for experimental modal analysis, which showed a significant reduction in vibration amplitudes at the tuned frequencies, confirming the damper’s effectiveness in attenuating mechanical vibrations in lateral bending modes.