Otimização topológica de dispositivos piezoelétricos utilizando metamateriais piezocompósitos

• Processo: 20/07391-9
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2024
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Renato Pavanello
• Beneficiário: Breno Vincenzo de Almeida
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 13/08293-7 - CECC - Centro de Engenharia e Ciências Computacionais, AP.CEPID
• Bolsa(s) vinculada(s): 22/06811-0 - Otimização topológica de metamateriais piezocompósitos ativos considerando dimensionamentos manufaturáveis e casamento de impedância, BE.EP.DR
• Assunto(s): Otimização Otimização topológica Sensores piezoelétricos Metamateriais Modelagem computacional Métodos numéricos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: metamaterial | Método dos Elementos Finitos | otimização topológica | Piezoeletricidade | transdutor | Otimização

Resumo

Interesse global na produção e no desenvolvimento de transdutores piezoelétricos aumentou exponencialmente nos últimos anos, principalmente devido à utilização em larga escala de sistemas embarcados em redes de sensores e pela Indústria 4.0. Esses dispositivos estão sendo cada vez mais utilizados em diferentes aplicações de sensores e atuadores como, por exemplo, para medição, monitoramento, diagnósticos e controle, e coletores de energia constituídos por material piezoelétrico vem sendo simultaneamente desenvolvido para prover energia a eles. Portanto é de interesse otimizar a forma desses dispositivos, permitindo assim, por exemplo, um maior deslocamento de ponta de atuadores ou uma maior geração de energia em coletores piezoelétricos, para um volume de material constante. Além disso, a composição de materiais piezoelétricos também pode ser otimizada, gerando compósitos multimateriais. Isso pode ser realizado desenvolvendo-se modelos matemáticos de dispositivos piezoelétricos, aplicando-se discretização numérica com o método dos elementos finitos e empregando-se técnicas de otimização topológica, tais como o método de otimização estrutural evolucionária bidirecional (BESO), separadamente na macro e na microescala, assim como simultaneamente em ambas simultaneamente (na multiescala), utilizando algoritmos de substruturamento ou homogeneização. Desta forma, o objetivo principal desta pesquisa é desenvolver métodos computacionais e numéricos para a análise multiescala e otimização topológica de metamateriais piezoelétricos, em aplicações como atuadores, sensores e coletores de energia. (AU)

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)

CUNHA, DANIEL CANDELORO; DE ALMEIDA, BRENO VINCENZO; LOPES, HEITOR NIGRO; PAVANELLO, RENATO. Finite variation sensitivity analysis for discrete topology optimization of continuum structures. STRUCTURAL AND MULTIDISCIPLINARY OPTIMIZATION, v. 64, n. 6, OCT 2021. (13/08293-7, 19/05393-7, 19/19237-7, 20/07391-9)