Otimização topológica de metamateriais piezocompósitos ativos considerando dimensionamentos manufaturáveis e casamento de impedância

• Processo: 22/06811-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado
• Data de Início da vigência: 26 de setembro de 2022
• Data de Término da vigência: 25 de setembro de 2023
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
• Pesquisador responsável: Renato Pavanello
• Beneficiário: Breno Vincenzo de Almeida
• Supervisor: Matthijs Langelaar
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Delft University of Technology (TU Delft), Holanda
• Vinculado à bolsa: 20/07391-9 - Otimização topológica de dispositivos piezoelétricos utilizando metamateriais piezocompósitos, BP.DR
• Assunto(s): Otimização topológica Metamateriais Materiais piezoelétricos Homogeneização Método dos elementos finitos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Atuador | Homogeneização | metamaterial | Método dos Elementos Finitos | otimização topológica | Piezoelectricidade | Otimização topológica

Resumo

Dispositivos piezoelétricos são utilizados para aplicações de atuação, detecção de sinais e coleção de energia, e têm recebido um crescente interesse industrial e acadêmico nas últimas décadas. De maneira geral, materiais piezoelétricos são cerâmicas, que dispõem das maiores propriedades piezoelétricas, mas são rígidas e frágeis, ou polímeros, que são maleáveis e mais fáceis de serem manufaturados, mas têm propriedades piezoelétricas mais fracas. Portanto, é de interesse desenvolver materiais piezocompósitos, combinando materiais piezoelétricos e convencionais, visando a obtenção de um material contendo as propriedades favoráveis de ambas as classes. Isso pode ser realizado aplicando-se otimização topológica a partir da otimização da microestrutura de uma célula unitária, que está sendo realizado pelo pesquisador em seu projeto de Doutorado. Porém, considerações adicionais devem ser realizadas com a adoção dessa metodologia. É necessário considerar o casamento de impedâncias para se obter um resultado mais eficiente. Além disso, como a fabricação de piezocompósitos com estruturas complexas é difícil de se realizar na prática, mesmo com os avanços recentes em tecnologias de manufatura aditiva, a aplicabilidade dos frutos desta pesquisa aumentaria substancialmente se restrições de manufatura forem consideradas na metodologia. Portanto, este projeto tem como objetivo aplicar os conhecimentos dos pesquisadores da universidade de TU Delft na pesquisa sendo realizada na Unicamp a partir da expansão da metodologia numérica já implementada pelo pesquisador de forma a levar em consideração as restrições acima mencionadas, isto é, considerar casamento de impedâncias entre o material otimizado e um material de referência de uma estrutura base, assim como utilizar o método Moving Morphable Components para um maior controle do formato, da orientação e do dimensionamento do material piezoelétrico dentro da célula unitária. (AU)