Comportamento dinâmico e aplicações de estruturas piezoelásticas periódicas considerando efeitos elásticos não lineares

• Processo: 19/19660-7
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2019
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2020
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Paulo Sergio Varoto
• Beneficiário: Murilo Augusto Costa Faria
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Assunto(s): Vibrações mecânicas Geração de energia elétrica Simulação numérica Análise modal experimental
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Análise modal experimental | Coleta de Energia | Materiais Piezelétricos | metaestruturas | Vibrações Estruturais | Dinâmica Estrutural, Vibrações Mecânicas, Estruturas Inteligentes

Resumo

O presente projeto de pesquisa propõe uma investigação em estruturas piezoelásticas com a inclusão de efeitos não lineares intencionais e obedecendo à um arranjo geométrico periódico para fins de geração de energia elétrica a partir de sinais de vibração estruturais decorrentes da aplicação de estímulos mecânicos de diversas naturezas. O tema geração ou coleta de energia empregando-se materiais piezoelétricos na conversão eletro-mecânica é comumente denominado de piezoelectric energy harvesting. Trata-se de tema atual e de relevada importância no contexto de aplicações tecnológicas envolvendo a utilização de tais materais. O arranjo funcional periódico de células estruturais tem sido comumente denominado de metaestrutura, tema também de grande interesse em investigações recentes devido principalmente à extensa gama de aplicações em acústica e dinâmica estrutural, como é o caso do controle passivo de vibração e ruído. Assim, o objetivo principal desta proposta é estudar o comportamento dinâmico, teórica e experimentalmente, de metaestruturas piezoelásticas com aplicações em geração e aproveitamento de energia elétrica a partir de sinais de vibração estrutural em baixas frequências. Para tanto, será formulado um modelo teórico a partir de elementos estruturais do tipo viga de um determinado arranjo funcional periódico a partir de células estruturais piezoelásticas. Tal modelo será estudado em simulações numéricas em ambiente MATLAB visando a obtenção de sua resposta eletro-mecânica no domínio da frequência à uma determinada fonte excitadora bem como sua eficiência no processo de conversão eletro-mecânica de energia. Um protótipo físico será construído para fins de obtenção de dados experimentais que possam ser comparados com os resultados obtidos a partir das simulações numéricas. Espera-se que a execução do presente projeto traga subsídios para as discussões sobre aproveitamento de energia a partir da utilização de metaestruturas piezoeláticas. (AU)