Projeto otimizado de microsistemas atuados eletro-termicamente considerando efeitos de não-linearidade, redução do tempo de resposta e o conceito de materiais com gradação funcional

• Processo: 09/18210-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2010
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2013
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica
• Pesquisador responsável: Emílio Carlos Nelli Silva
• Beneficiário: Luis Augusto Motta Mello
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Método dos elementos finitos Otimização topológica Sistemas microeletromecânicos
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Atuação Eletro-térmica | Elementos Finitos | Materiais com Gradação Funcional | Não-linearidade de material | otimização topológica | Sistemas microeletromecânicos | Métodos de Síntese e Otimização de Sistemas Mecânicos

Resumo

Sistemas microeletromecânicos ou "MEMS" em inglês são sistemas mecânicos projetados em escalas micrométricas. Os investimentos em pesquisa, aplicações industriais e interesse científico na área de "MEMS" têm crescido consideravelmente ultimamente no Brasil e no resto do mundo, o que tem impulsionado o desenvolvimento de técnicas de projeto e microfabricação de "MEMS"; contudo, embora a fabricação tenha alcançado um considerável nível de maturidade e sofisticação, a modelagem e em particular, o desenvolvimento de métodos sistemáticos para o seu projeto, ainda são incompletos. Assim, muitos dispositivos ainda são projetados utilizando a experiência e abordagens de tentativa e erro. Esta proposta tem como foco "MEMS" electrotermomecânicos (ETM), para os quais o acionamento é baseado no aquecimento da estrutura, por corrente elétrica, que então se deforma por efeito termoelástico. Este trabalho visa projetar esses "MEMS" ETM mediante o Método de Otimização Topológica, considerando efeitos até agora não analisados na literatura, a saber: (i) não-linearidade de material devida à mudança das propriedades com a temperatura, e (ii) elevados tempos de resposta (nesse último caso, o conceito de Materiais com Gradação Funcional (MGF) será considerado). Esses dois efeitos se configuram como as principais desvantagens desses micromecanismos ETM. No entanto, a proposta não se limita ao projeto otimizado, propondo então a simulação computacional, fabricação e caracterização experimental dos "MEMS" ETM projetados considerando o conceito MGF. Esse trabalho de pós-doutorado dá continuidade à linha de pesquisa do supervisor e do Laboratório de Sensores e Atuadores da Escola Politécnica da USP, relacionada com o projeto de mecanismos flexíveis, micromecanismos ETM, eletrostáticos, e piezelétricos. Adicionalmente, o trabalho proposto será conduzido em parceria com o Professor Gláucio H. Paulino, do Departamento de Engenharia Civil e Ambiental da "University of Illinois at Urbana-Champaign" nos EUA, e com o Dr. Evgueni Bordatchev do "Industrial Materials Institute, National Research Council of Canada".

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)

KIYONO, CESAR YUKISHIGUE; NAKASONE, PAULO HENRIQUE; YOO, JEONGHOON; MOTTA MELLO, LUIS AUGUSTO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. On the optimization of HDD arms with piezoelectric actuation. FINITE ELEMENTS IN ANALYSIS AND DESIGN, v. 88, p. 118-127, OCT 1 2014. (09/18210-6, 11/02387-4)

MOTTA MELLO, LUIS AUGUSTO; KIYONO, CESAR YUKISHIGUE; NAKASONE, PAULO HENRIQUE; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Design of quasi-static piezoelectric plate based transducers by using topology optimization. Smart Materials and Structures, v. 23, n. 2, FEB 2014. (06/50640-2, 11/02387-4, 09/18210-6, 12/14576-9)

MELLO, L. A. M.; TAKEZAWA, A.; SILVA, E. C. N.. Designing piezoresistive plate-based sensors with distribution of piezoresistive material using topology optimization. Smart Materials and Structures, v. 21, n. 8, AUG 2012. (11/02387-4, 09/18210-6)

MOTTA MELLO, LUIS AUGUSTO; SALAS, RUBEN ANDRES; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. On response time reduction of electrothermomechanical MEMS using topology optimization. COMPUTER METHODS IN APPLIED MECHANICS AND ENGINEERING, v. 247, p. 93-102, 2012. (10/02263-0, 11/02387-4, 09/18210-6)