Projeto Dinâmico de Estruturas Piezocompósitas Laminadas (EPLA) Utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT)

• Processo: 11/19979-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2012
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2016
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
• Pesquisador responsável: Emílio Carlos Nelli Silva
• Beneficiário: Ruben Andres Salas Varela
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Mecatrônica Otimização topológica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: coletores de energia | materiais piezocompósitos | Nanoposicionadores Piezelétricos | otimização topológica | Projeto de Freqüência de Ressonância | Projeto de Modo de Vibrar | Mecatrônica

Resumo

Materiais piezocompósitos laminados são compostos por camadas de material piezelétrico, metálica e de material compósito (matriz epóxi com fibras de carbono ou de vidro), que possibilitam obter vantagens em relação aos materiais piezelétricos convencionais, permitindo obter características superiores que não podem ser conseguidas pelos seus componentes de forma isolada como, por exemplo, maior flexibilidade e resistência mecânica ou menor peso. Sob esse enfoque, esse projeto tem por objetivo o desenvolvimento de Estruturas Piezocompósitas Laminadas (EPLA) que consistem basicamente em estruturas multicamadas, através do projeto de modos de vibração e freqüências de ressonância visando aplicações dinâmicas. Entre as potenciais aplicações dessas estruturas têm-se motores, sonares e dispositivos de coleta de energia ("energy harvester"), para os quais é de muito interesse a melhora das suas características dinâmicas e o seu desempenho. O projeto dinâmico de uma EPLA é complexo, mas pode ser sistematizado utilizando o método de otimização topológica (MOT). O MOT é um método baseado na distribuição de material num domínio de projeto fixo com o objetivo de extremizar uma função de custo sujeita às restrições inerentes do problema, combinando algoritmos de otimização e de elementos finitos. A formulação de MOT para o projeto dinâmico de EPLA pretende determinar tanto a topologia ótima dos materiais nas diferentes camadas como o sinal de polarização do material piezelétrico e o ângulo da fibra na camada compósita, tendo como finalidade o projeto de um modo de vibrar particular, maximizando a amplitude de vibração em pontos determinados, numa freqüência de ressonância especificada ou a conversão de energia. O trabalho inclui as etapas de projeto, simulação, fabricação e caracterização de protótipos. O tópico proposto está inserido no projeto de pesquisa FAPESP Nº2011/02387-4 cujo responsável é o orientador do candidato.

Publicações científicas

(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)

SALAS, RUBEN ANDRES; FERREIRA DA SILVA, ANDRE LUIS; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. HYIMFO: Hybrid method for optimizing fiber orientation angles in laminated piezocomposite actuators. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 385, NOV 1 2021. (20/07557-4, 14/50279-4, 11/19979-1)

SALAS, RUBEN ANDRES; JAVIER RAMIREZ-GIL, FRANCISCO; MONTEALEGRE-RUBIO, WILFREDO; SILVA, EMILIO CARLOS NELLI; REDDY, J. N.. Optimized dynamic design of laminated piezocomposite multi-entry actuators considering fiber orientation. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 335, p. 223-254, JUN 15 2018. (11/19979-1, 14/50279-4)

Publicações acadêmicas

(Referências obtidas automaticamente das Instituições de Ensino e Pesquisa do Estado de São Paulo)

VARELA, Ruben Andres Salas. Projeto dinâmico de estruturas piezocompósitas laminadas (EPLA) utilizando o método de otimização topológica (MOT).. 2017. Tese de Doutorado - Universidade de São Paulo (USP). Escola Politécnica (EP/BC) São Paulo.