Projeto de Dispositivos Coletores de Energia Piezelétricos Utilizando o Método de Otimização Topológica

• Processo: 12/14576-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de fevereiro de 2013
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2016
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
• Pesquisador responsável: Emílio Carlos Nelli Silva
• Beneficiário: Cesar Yukishigue Kiyono
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 15/06334-3 - Um novo elemento de casca piezelétrico de alta ordem para projetar coletores de energia utilizando otimização topológica, BE.EP.PD
• Assunto(s): Mecatrônica Otimização topológica Método dos elementos finitos Colheita de energia Transdutores piezelétricos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Caracterização de Propriedades Piezelétricas | Coletores de energia piezelétrico | energy harvesting | Método de Elementos Finitos | otimização topológica | Transdutores Piezelétricos | Mecatrônica

Resumo

Os coletores de energia são estruturas sujeitas a carregamentos dinâmicos (força ou vibração) que convertem a energia mecânica em elétrica. Dos materiais que são capazes de converter energia mecânica em elétrica, os materiais piezelétricos são um dos mais promissores nessa área. O projeto desses dispositivos é complexo e pode ser obtido através do método de otimização topológica (MOT), que combina algoritmos de otimização e de elementos finitos para projetar estruturas com topologias complexas. Nesse projeto, deseja-se maximizar a energia gerada pela deformação do material piezelétrico acoplado à estrutura mecânica, por movimentos ou forças dinâmicas aplicadas. A pesquisa dos coletores de energia em operação dinâmica compreende o projeto otimizado, simulação, fabricação (em meso escala), e caracterização experimental desses dispositivos. A obtenção precisa das propriedades dos materiais piezelétricos é essencial para o projeto dos coletores de energia, e também para uma vasta área de aplicação nos quais esses materiais são utilizados, como, por exemplo, em sensores e atuadores. Assim, a pesquisa também envolve a caracterização das variáveis reais e complexas para as propriedades elásticas, piezelétricas e dielétricas dos materiais piezelétricos, utilizando um algoritmo de otimização num processo iterativo, onde procura-se minimizar a diferença entre a impedância elétrica experimental e a numérica. Dessa forma, pretende-se realizar o ciclo completo de projeto otimizado dos coletores de energia piezelétrico, incluindo a caracterização experimental para validar a metodologia, conjuntamente com o desenvolvimento da metodologia para caracterizar as propriedades piezelétricas.

Publicações científicas

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(As publicações científicas contidas nesta página são originárias da Web of Science ou da SciELO, cujos autores mencionaram números dos processos FAPESP concedidos a Pesquisadores Responsáveis e Beneficiários, sejam ou não autores das publicações. Sua coleta é automática e realizada diretamente naquelas bases bibliométricas)

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KIYONO, C. Y.; VATANABE, S. L.; SILVA, E. C. N.; REDDY, J. N.. A new multi-p-norm formulation approach for stress-based topology optimization design. COMPOSITE STRUCTURES, v. 156, p. 10-19, NOV 15 2016. (15/06334-3, 12/14576-9)

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KIYONO, C. Y.; PEREZ, N.; SILVA, E. C. N.. Determination of full piezoelectric complex parameters using gradient-based optimization algorithm. Smart Materials and Structures, v. 25, n. 2, p. 18-pg., 2016-02-01. (15/06334-3, 12/14576-9)

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MOTTA MELLO, LUIS AUGUSTO; KIYONO, CESAR YUKISHIGUE; NAKASONE, PAULO HENRIQUE; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Design of quasi-static piezoelectric plate based transducers by using topology optimization. Smart Materials and Structures, v. 23, n. 2, FEB 2014. (06/50640-2, 11/02387-4, 09/18210-6, 12/14576-9)