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Modelagem de Vigas Eletromecanicamente Acopladas sob Escoamento Axial: Problemas de Coleta de Energia e Atuação Piezofluidoelástica

Processo: 15/11325-3
Linha de fomento:Bolsas no Exterior - Pesquisa
Vigência (Início): 19 de outubro de 2015
Vigência (Término): 18 de abril de 2016
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Estruturas Aeroespaciais
Pesquisador responsável:Carlos de Marqui Junior
Beneficiário:Carlos de Marqui Junior
Anfitrião: Alper Erturk
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Local de pesquisa: Georgia Institute of Technology, Estados Unidos  
Assunto(s):Vibrações   Aeroelasticidade

Resumo

Vigas eletromecanicamente acopladas sob escoamento axial de um fluído têm sido investigadas em casos de coleta de energia e também para a estudo de robôs aquáticos bio-inspirados. No primeiro caso, o desempenho do sistema se mostra, sob algumas condições de escoamento, comparável ao de turbinas eólicas de eixo horizontal. No segundo caso, a atuação piezelétrica em vigas submersas em água propicia a obtenção de empuxo, e consequentemente locomoção, com baixa potência de atuação e baixo ruído. Este projeto propõe o desenvolvimento de um modelo piezofluido-elástico para a representação de problemas de atuação e de coleta de energia a partir de vigas não-lineares eletromecanicamente acopladas sob escoamento axial (ar ou água). Um modelo aerodinâmico/hidrodinâmico não-estacionário será associado com um modelo dinâmico não-linear de uma viga eletromecanicamente acoplada para o estudo do comportamento do sistema quanto a geração de propulsão e coleta de energia do escoamento. Uma metodologia para se calcular a o fluxo de energia entre o escoamento e a estrutura ao longo do comprimento da viga será utilizada. Assim, sob diferentes condições de escoamento e características estruturais poder-se-á investigar as regiões (ao longo da viga) onde a energia flui do escoamento para a estrutura, e também as regiões onde energia flui da estrutura para o escoamento. Tal análise propiciará o adequado posicionamento dos piezelétricos para coleta de energia a partir de oscilações em ciclo limite induzidas pelo escoamento. Além disso, nos casos de atuação, a análise de energia possibilitará a explicação do mecanismo de propulsão e a melhoria da relação tensão de atuação e empuxo gerado.

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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)
SILVA, TARCISIO; TAN, DAVID; DE MARQUI, CARLOS; ERTURK, ALPER. Vibration attenuation in a nonlinear flexible structure via nonlinear switching circuits and energy harvesting implications. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, v. 30, n. 7, p. 965-976, APR 2019. Citações Web of Science: 0.
DE MARQUI JR, CARLOS; TAN, DAVID; ERTURK, ALPER. On the electrode segmentation for piezoelectric energy harvesting from nonlinear limit cycle oscillations in axial flow. JOURNAL OF FLUIDS AND STRUCTURES, v. 82, p. 492-504, OCT 2018. Citações Web of Science: 2.
SILVA, TARCISIO M. P.; CLEMENTINO, MARCEL A.; ERTURK, ALPER; DE MARQUI, JR., CARLOS. Equivalent electrical circuit framework for nonlinear and high quality factor piezoelectric structures. MECHATRONICS, v. 54, p. 133-143, OCT 2018. Citações Web of Science: 1.

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