Controle e coleta de energia de distúrbios vibro-acústicos de baixa frequência usando metaestruturas inteligentes

• Processo: 18/14546-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Vigência (Início): 01 de janeiro de 2019
• Vigência (Término): 31 de dezembro de 2023
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Estruturas Aeroespaciais
• Pesquisador responsável: Carlos de Marqui Junior
• Beneficiário: Jaime Alberto Mosquera Sánchez
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 18/15894-0 - Projeto e otimização de estruturas periódicas para aprimoramento de desempenho vibroacústico, AP.TEM
• Bolsa(s) vinculada(s): 20/01608-6 - Metamaterial eletroelástico não-linear para a mitigação de vibrações de baixa frequência e de banda larga, BE.EP.PD
• Assunto(s): Vibrações Colheita de energia Metamateriais Piezoeletricidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: colheita de energia | estruturas periódicas | metamateriais | piezeletricidade | Vibracoes | Dinâmica dos corpos rígidos e elásticos

Resumo

Metamateriais acústicos (MMA) são uma solução promissora na melhoria de projetos de isolamentoacústico, atualmente pesados e de alto custo. Propriedades inusitadas de perda de transmissão sonora(PTS) em baixa frequência são observadas quando arranjos de subestruturas são instalados sobre estruturas primárias de baixa massa e alta rigidez (resultando em um MMA), o que faz com que os MMAs sejam ideais na solução de problemas de isolamento acústico com restrições de adição de massa. Cada unidade do arranjo de subestruturas pode ser um elemento que induza variação de impedância no material (Bragg scattering ) ou podem ser unidades ressonantes lineares (absorvedores mecânicos ou eletromecânicos). A investigação da utilização de absorvedores não lineares para a obtenção de MMAs e os efeitos sobre seu comportamento é um problema ainda não explorado na literatura. Este projeto de pesquisa visa ao desenvolvimento de MMAs por meio do estudo de arranjos de nonlinear energy sinks (NES), a serem implantados na forma de pastilhas piezelétricas conectadas a circuitos elétricos não lineares. Quando acoplados a osciladores lineares (estrutura primária), sistemas NES se comportam como absorvedores dinâmicos que apresentam larguras de banda estendidas. Assim, junto com sua demonstrada capacidade de conversão de energia, sistemas NES tornam-se numa alternativa atrativa no projeto de MMAs. Estruturas hospedeiras de uma e/ou duas dimensões serão o alvo da instalação dos arranjos estudados, que resultam do desenvolvimento de estudos numéricos no comportamento e implicações da periodicidade ou quase-periodicidade do MMA, quantidade de células NES no arranjo, e da influência de incertezas que surgem dos materiais e métodos de manufatura disponíveis. A capacidade dos MMAs de conversão de energia cinética para elétrica é também um alvo desta pesquisa, com base na premissa de se melhorar a característica da energia de ativação requerida pelas células NES , o que poderia resultar da implantação de diferentes topologias dos arranjos. Assim, este projeto de pesquisa pretende propor uma metodologia numérica, munida das respectivas validações por meio de experimentos, de projeto de MMAs com propriedades melhoradas de PTS de banda larga, bem como com capacidade de aproveitamento de energia cinética.

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)

THOMES, RENAN L.; MOSQUERA-SANCHEZ, JAIME A.; DE MARQUI JR, CARLOS; HAN, JH; WANG, G; SHAHAB, S. An investigation of optimal non-uniform locally resonant piezoelectric metamaterials. ACTIVE AND PASSIVE SMART STRUCTURES AND INTEGRATED SYSTEMS XIV, v. 11376, p. 9-pg., 2020-01-01. (18/14546-9, 18/15894-0)

MOSQUERA-SANCHEZ, J. A.; DE MARQUI, C.. Dynamics and wave propagation in nonlinear piezoelectric metastructures. NONLINEAR DYNAMICS, v. 105, n. 4, AUG 2021. (18/15894-0, 18/14546-9)

MOSQUERA-SANCHEZ, JAIME A.; DE MARQUI, CARLOS, JR.; HAN, JH; WANG, G; SHAHAB, S. Effect of negative capacitance circuits on the performance of the piezoelectric nonlinear energy sink. ACTIVE AND PASSIVE SMART STRUCTURES AND INTEGRATED SYSTEMS XIV, v. 11376, p. 18-pg., 2020-01-01. (18/14546-9, 18/15894-0)

SAMPAIO, LUCAS Y. M.; RODRIGUES, GABRIEL K.; MOSQUERA-SANCHEZ, JAIME A.; DE MARQUI JR, CARLOS; DE OLIVEIRA, LEOPOLDO P. R.. Membrane smart metamaterials for unidirectional wave propagation problems. Journal of Sound and Vibration, v. 512, NOV 10 2021. (18/14546-9, 18/05793-2, 18/15894-0)

THOMES, RENAN L.; MOSQUERA-SANCHEZ, JAIME A.; DE MARQUI JR, CARLOS. Bandgap widening by optimized disorder in one-dimensional locally resonant piezoelectric metamaterials. Journal of Sound and Vibration, v. 512, NOV 10 2021. (18/14546-9, 18/15894-0)