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Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica

Processo: 08/57086-6
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2009
Vigência (Término): 31 de março de 2012
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
Pesquisador responsável:Emílio Carlos Nelli Silva
Beneficiário:Sandro Luis Vatanabe
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Otimização topológica   Otimização estrutural

Resumo

Um material piezo compósito é resultante da combinação de um material piezelétrico com outros materiais não-piezelétricos, oferecendo vantagens substanciais em relação a materiais piezelétricos convencionais. Materiais com Gradação Funcional (MGF) são materiais compósitos avançados, os quais são projetados de tal forma que sua composição varie gradualmente numa direção espacial. A vantagem do conceito MGF é não apresentar interface entre os materiais da inclusão e da matriz, o que reduz um problema comum em materiais compósitos que é o surgimento de concentração de tensões e de reflexões de ondas que causam o fenômeno de espalhamento. As propriedades efetivas (homogeneizadas) de um material piezo compósito podem ser determinadas pelo método de homogeneização considerando a topologia da microestrutura composta e as propriedades dos seus constituintes. Diferentes propriedades efetivas podem ser obtidas alterando a fração de volume dos constituintes, a forma das inclusões, ou até a topologia da célula unitária. A otimização topológica pode ser combinada com o método da homogeneização para alterar a topologia da célula unitária, permitindo o projeto de células unitárias com formas complexas. Assim, podem ser obtidos novos tipos de materiais compósitos com propriedades não usuais, como coeficiente de Poisson negativo ou expansão térmica nula, por exemplo. Baseado nessas idéias, este projeto propõe um método de projeto de materiais piezo compósitos MGF baseado na combinação do método de homogeneização com o método de otimização topológica de forma a extremizar (maximizar ou minimizar) um dado critério de desempenho de acordo com uma aplicação específica, através do projeto da célula unitária (microestrutura) do material compósito. Serão implementados uma técnica que permite controlar a gradação do material no interior da célula unitária, bem como, restrições de manufatura que limitam o espaço de solução de forma a obter geometrias apropriadas para a fabricação. (AU)

Publicações científicas (4)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
VATANABE, SANDRO L.; LIPPI, TIAGO N.; DE LIMA, CICERO R.; PAULINO, GLAUCIO H.; SILVA, EMILIO C. N. Topology optimization with manufacturing constraints: A unified projection-based approach. ADVANCES IN ENGINEERING SOFTWARE, v. 100, p. 97-112, OCT 2016. Citações Web of Science: 22.
VATANABE, SANDRO L.; PAULINO, GLAUCIO H.; SILVA, EMILIO C. N. Maximizing phononic band gaps in piezocomposite materials by means of topology optimization. JOURNAL OF THE ACOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA, v. 136, n. 2, p. 494-501, AUG 2014. Citações Web of Science: 18.
VATANABE, S. L.; PAULINO, G. H.; SILVA, E. C. N. Design of functionally graded piezocomposites using topology optimization and homogenization - Toward effective energy harvesting materials. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 266, p. 205-218, NOV 1 2013. Citações Web of Science: 19.
VATANABE, S. L.; PAULINO, G. H.; SILVA, E. C. N. Influence of pattern gradation on the design of piezocomposite energy harvesting devices using topology optimization. COMPOSITES PART B-ENGINEERING, v. 43, n. 6, SI, p. 2646-2654, SEP 2012. Citações Web of Science: 12.
Publicações acadêmicas
(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)
VATANABE, Sandro Luis. Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica.. 2012. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica São Paulo.

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