Modelagem de vigas eletromecanicamente acopladas sob escoamento axial: problemas de coleta de energia e atuação piezofluidoelástica

• Processo: 15/11325-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 19 de outubro de 2015
• Data de Término da vigência: 18 de abril de 2016
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Estruturas Aeroespaciais
• Pesquisador responsável: Carlos de Marqui Junior
• Beneficiário: Carlos de Marqui Junior
• Pesquisador Anfitrião: Alper Erturk
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Georgia Institute of Technology, Estados Unidos
• Assunto(s): Aeroelasticidade Atuadores piezoelétricos Vibrações Dinâmica não linear Vigas
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aeroelasticidade | Atuação Dinâmica | Coleta de Energia | piezeletricidade | Vibracoes | 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. (AU)

Publicações científicas

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(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)

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. (15/11325-3)

DE MARQUI JUNIOR, CARLOS; TANG, DAVID; ERTURK, ALPER; ASME. ON THE OPTIMAL PIEZOELECTRIC MATERIAL DISTRIBUTION IN ENERGY HARVESTING FROM A NONLINEAR BEAM UNDER AXIAL FLOW. PROCEEDINGS OF THE ASME CONFERENCE ON SMART MATERIALS, ADAPTIVE STRUCTURES AND INTELLIGENT SYSTEMS, 2016, VOL 2, v. N/A, p. 8-pg., 2016-01-01. (15/11325-3)

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. (15/11325-3)

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. (15/11325-3)