Análise e desenvolvimento de um procedimento de projeto sistemático para sistemas de captação de energia baseados na montagem de absorvedores não-lineares com acoplamento piezoelétrico para instabilidades aeroelásticas via método das múltiplas escalas

• Processo: 21/14813-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 20 de junho de 2022
• Data de Término da vigência: 15 de maio de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Aeroespacial - Dinâmica de Vôo
• Pesquisador responsável: Flávio Donizeti Marques
• Beneficiário: José Augusto Ignácio da Silva
• Supervisor: Guilhem Michon
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace (ISAE), França
• Vinculado à bolsa: 19/05410-9 - Caracterização dinâmica de sistemas aeroelásticos na presença de múltiplas não-linearidades combinadas: Estudo numérico e validação experimental, BP.PD
• Assunto(s): Aeroelasticidade de aeronaves Modelagem em múltiplas escalas Colheita de energia Materiais piezoelétricos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: design and optimization | Method of Multiple Scales | Nonlinear aeroelastic flutter | Nonlinear aeroelastic galloping | Nonlinear Energy Sinks | Piezoeletric Energy Harvesting | Análise não-linear em problemas de interação fluido-estrutura

Resumo

Sistemas aeroelásticos podem operar em um mecanismo auto-excitado. Sob essa condição, eles podem exibir oscilações auto-sustentadas, resultando em um comportamento instável catastrófico ou oscilações de ciclo limite indesejadas (LCOs). O processo de mitigação e/ou captação da energia contida nas estruturas quando esses fenômenos ocorrem tem recebido significativo interesse dos pesquisadores. A presente proposta de pesquisa se concentra no desenvolvimento de um procedimento sistemático para esses problemas auto-excitados para projetar sistemas de captação de energia piezoelétricos aprimorados pelo emprego de absorvedores de vibração não-lineares (referidos nesta proposta por montagem piezo-NES). O dispositivo de colheita de energia utilizado compreende um NES (nonlinear energy sink) com uma pequena massa, rigidez cúbica e amortecimento viscoso linear acoplado a um transdutor piezoelétrico. Dois problemas aeroelásticos são considerados: (i) flutter não linear em uma seção típica aeroelástica (ii) fenômeno de galloping em um prisma retangular. Para esses dois problemas, a análise de estabilidade do sistema com o piezo-NES será investigada por meio do Método das Múltiplas Escalas (MMS). Um estudo paramétrico será realizado para verificar a influência dos parâmetros do piezo-NES para extrair energia do sistema primário e suprimir suas amplitudes e instabilidades de LCO. A análise dos Invariante Manifolds (IM) será conduzida para projetar os parâmetros piezo-NES apropriados. Com base nesta análise, os parâmetros piezo-NES são definidos de acordo com a resposta dinâmica desejada, que neste trabalho corresponde aquela que oferece um processo de colheita de energia mais eficaz. Com a execução deste projeto de pesquisa, espera-se encontrar condições via MMS que resultem em um procedimento sistemático para projetar o piezo-NES para estes problemas, que pode ser facilmente expandido para ser aplicado a outros tipos de problemas auto-excitados usando o mesmo tipo de montagem. (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)

DA SILVA, JOSE AUGUSTO I.; SANCHES, LEONARDO; MARQUES, FLAVIO D.. Dynamic characterization of an aeroelastic typical section under nonlinear energy sink passive control by using multiple scales and harmonic balance methods. ACTA MECHANICA, v. N/A, p. 28-pg., 2023-01-03. (19/05410-9, 21/14813-0)