Vibraton isolation systems and antenna-transducers coupling for the prototype of the gravitational wave detector. / Sistemas de isolamento vibracional e de acoplamento antena-transdutores para o protótipo de um detector de ondas gravitacionais

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2002

RESUMO

O primeiro protótipo de um detector de ondas gravitacionais brasileiro está sendo construído pelo grupo GRAVITON. Esse detector, denominado MARIO SCHENBERG, será constituído de uma massa ressonante esférica de CuAl(6%) com 65 cm de diâmetro e pesando aproximadamente 1,15 T, com um Q mecânico da ordem de 106. Esse detector será sensível a uma faixa de freqüências características de 3100 a 3300 Hz. Neste trabalho, o sistema de isolamento vibracional da suspensão, o módulo de acoplamento térmico e a estrutura mecânica dos transdutores da antena foram concebidos e analisados numericamente. Para a análise numérica os sistemas concebidos foram representados por elementos finitos e as equações de movimento correspondentes foram resolvidas usando o ?software? MSC/Nastran. Esse ?software? foi validado utilizando as medidas dos modos normais, realizadas à temperatura ambiente, de uma massa ressonante de Al 5056 de 25 cm de diâmetro na câmara de testes a vácuo do laboratório de ondas gravitacionais. O resultado da validação apresentou uma diferença máxima de 4,26% entre os resultados medidos e calculados na determinação dos modos normais. A metodologia empregada (Velloso, Melo e Aguiar; 2000) consiste basicamente em se avaliar separadamente todos os elementos das estruturas e depois integrá-los, procurando sempre otimizar o comportamento mecânico. No caso do sistema de isolamento vibracional a otimização consiste em aumentar uma janela espectral livre de ressonâncias ao redor da faixa de freqüências características do detector. Com esse procedimento foi possível obter uma janela livre de ressonâncias de 2625 Hz a 3768 Hz, na qual se obteve uma atenuação de 280 dB (Melo, Velloso & Aguiar; 2001). Uma metodologia análoga foi usada para projetar o módulo de acoplamento térmico, o qual será usado para o resfriamento a milikelvins de toda a estrutura. Um protótipo deste módulo foi construído e testado usando um aparato experimental ultracriogênico (?test-facility?) nos laboratórios do projeto AURIGA, no Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) em Pádova (Itália). Para este protótipo obteve-se uma atenuação do ruído de 30 dB. Complementando o trabalho foi realizado um estudo sobre o acoplamento mecânico entre a estrutura mecânica do transdutor projetado e a esfera ressonante. Nesse caso, a análise foi feita de modo a sintonizar os transdutores e a esfera e obteve-se um modo normal de 3190 Hz para o transdutor (Frajuca, Melo et al., 2001). Por último foi feita uma integração dos diversos sistemas analisados anteriormente: sistema de isolamento vibracional da suspensão, módulo de acoplamento térmico e acoplamento do transdutor com a massa ressonante a fim de se estudar o comportamento dos sistemas simultaneamente bem como a influência dos ruídos sobre todo o sistema acoplado e continuou a ocorrer a atenuação de 280 dB.

ASSUNTO(S)

gravitons gravitational waves antenas de ondas gravitacionais ondas gravitacionais método dos elementos finitos isoladores vibracionais grávitons. key words: gravitational wave antennas finite element methods vibration isolators

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