Modelagem da planta de café por elementos finitos para estudos de colheita por vibração

Abstract

Com o objetivo de fornecer dados para o desenvolvimento de sistemas de colheita mecânica, esse trabalho consistiu na determinação das características geométricas da planta de café, as quais, juntamente com as propriedades mecânicas da planta, foram utilizadas para simulação do comportamento dinâmico do cafeeiro. O modelo foi desenvolvido utilizando o programa computacional de elementos finitos ANSYS, versão 5.4. As freqüências naturais da planta de café variaram de 0,80 a 222,07 Hz, do primeiro ao vigésimo quinto modo de vibração, respectivamente. Desenvolveu-se também um modelo para estudar a freqüência natural de um galho com e sem frutos. Observou-se que as freqüências naturais para o galho sem frutos é maior do que para o galho com 100% dos frutos. Esse aumento variou de três vezes maior para o primeiro modo de vibração até duas vezes maior para o décimo segundo modo de vibração. Analisando-se os modos de vibração para o galho com 100% dos frutos e para o galho sem frutos, pode-se verificar que a forma pela qual os galhos irão vibrar nas três primeiras freqüências naturais é a mesma. Desenvolveu-se também um modelo para estudar o comportamento do sistema talo-fruto. O modelo desenvolvido usando o programa ANSYS para o sistema talo-fruto de café apresentou resultado próximo da solução analítica.

In order to provide data for the development of mechanical systems of harvesting, this work consisted on the determination of geometric features of the coffee plant. These features, together with mechanical properties of the plant, were used in the simulation of the dynamic behavior of the coffee plant. The model was developed with the aid of the finite element software ANSYS, version 5.4. Natural frequencies of the coffee plant varied from 0.80 Hz to 222.07 Hz, from the first to the twenty-fifth vibration mode, respectively. A model was also developed in order to study the natural frequencies of branches with and without fruits. The latter presented higher natural frequencies when compared to branches with 100% of fruits. This increase varied from three times higher for the first vibration mode to twice as high for the twelfth vibration mode. Analysis of different vibration modes for branches with 100% of fruits and for branches without fruits, demonstrated that the way in which branches will vibrate in the first three natural frequencies are equal. A model for the study of the behavior of the stem-fruit system was also developed. The model developed with the aid of the ANSYS program for the coffee stem-fruit system showed results in agreement with the analytical solution.