Modelagem de atuadores eletromecânicos usando polímeros eletro-ativos

• Processo: 16/06511-5
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2016
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2017
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Marcelo Areias Trindade
• Beneficiário: Lucas Andrade Garcia
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Materiais inteligentes Polímeros Sensores eletromecânicos Atuadores piezoelétricos Controle preditivo Análise não linear Modelos teóricos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Elastômeros dielétricos | Materiais Inteligentes | Polímeros eletro-ativos | Materiais e Estruturas Inteligentes

Resumo

Polímeros eletro-ativos (EAP, Electro-Active Polymers) são materiais inteligentes cuja funcionalidade advém do acoplamento eletromecânico (ou eletroelástico). De certa forma, sua aplicabilidade pode ser comparada àquela dos polímeros piezelétricos, embora seu comportamento eletromecânico seja substancialmente diferente. Os EAP consistem de finas camadas poliméricas cobertas por eletrodos flexíveis tal que quando submetidos a fortes campos elétricos apresentam grandes deformações. Considera-se que eles tenham grande potencial para uso como músculos artificiais graças a sua grande densidade energética. Eles podem apresentar deformações até duas ordens de grandeza superiores aos materiais piezelétricos e são mais resistentes e leves que as ligas de memória de forma. Assim, a maioria das aplicações de EAP se aproveitam da sua habilidade de desenvolver grandes deformações. Por outro lado, isto leva a modelos substancialmente mais complexos, se comparado aos materiais piezelétricos por exemplo, nos quais é também necessário caracterizar o comportamento material usando equações constitutivas de deformação finita. Existem diversos modelos propostos, tais como Neo-Hookeano ou Mooney-Rivlin, na literatura para a modelagem do comportamento não-linear elástico destes polímeros. É interessante então analisar os diferentes modelos e investigar a caracterização de seus parâmetros. Mesmo o modelo simplificado mais comum sugere que a tensão mecânica induzida seja proporcional ao quadrado da tensão elétrica aplicada, levando a um comportamento não-linear. Além disso, modelos preditivos para estruturas de EAP devem levar em conta as não-linearidades geométricas e materiais devidas às grandes deformações. Sendo assim, este projeto tem por objetivo principal analisar modelos teóricos e numéricos para predizer a resposta de estruturas e dispositivos que apresentam acoplamento eletromecânico devido à presença de atuadores feitos de polímeros eletro-ativos.

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)

GARCIA, LUCAS A.; TRINDADE, MARCELO A.. Finite element modeling and parametric analysis of a dielectric elastomer thin-walled cylindrical actuator. Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, v. 41, n. 1, JAN 2019. (16/06511-5)