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Modelagem e simulação de estruturas laminadas piezoelétricas nos modos de extensão e cisalhamento usando ANSYS

Processo: 06/01060-3
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
Vigência (Início): 01 de junho de 2006
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2007
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Mecânica dos Sólidos
Pesquisador responsável:Marcelo Areias Trindade
Beneficiário:Marcelo Victor Tomaz de Matos
Instituição-sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Assunto(s):Método dos elementos finitos   Dinâmica das estruturas

Resumo

O uso de materiais piezoelétricos, na função de sensores e atuadores distribuídos, para o controle de vibrações estruturais tem um enorme potencial de aplicação nas indústrias aeronáutica, aeroespacial e eletroeletrônica. Em geral, utiliza-se pastilhas piezoelétricas polarizadas transversalmente e coladas na superfície da estrutura a ser controlada, de forma que as pastilhas trabalham no modo chamado de extensão. Entretanto, este modo de ação é ineficiente para pastilhas inseridas em uma estrutura laminada. Uma das alternativas é a inserção de pastilhas piezoelétricas polarizadas ao longo de seu comprimento. Este conceito inovador faz a pastilha piezoelétrica induzir um cisalhamento na estrutura. Estudos anteriores mostraram que o comportamento eletromecânico destas pastilhas em cisalhamento requer um maior cuidado na modelagem por dois motivos principais: 1) a modelagem do cisalhamento em vigas é normalmente simplificada, com teorias de primeira ordem (Timoshenko), gerando um potencial erro no acoplamento eletromecânico; e 2) o comportamento linear na espessura do potencial elétrico normalmente utilizado para pastilhas em extensão não se aplica quando um campo elétrico perpendicular pode ser gerado, como no caso de pastilhas em cisalhamento. Por outro lado, uma análise da literatura mostra que poucos estudos foram realizados no que diz respeito à modelagem via elementos finitos de estruturas tipo placa com atuadores piezoelétricos em cisalhamento. Isto se deve, entre outros fatores, à ausência de elementos piezoelétricos especializados, tipo viga, placa e casca, nos softwares comerciais de elementos finitos. Também por isso, a maioria dos estudos em placas existentes atualmente descreve soluções analíticas, aproximadas e exatas, para condições simplificadas. Pretende-se portanto com o presente projeto, utilizar o software ANSYS(R) para, por um lado, validar o refinamento dos comportamentos mecânico e elétrico através da utilização de elementos sólidos tridimensionais e, por outro lado, analisar a atuação e sensoreamento em duas dimensões no caso de estruturas tipo placa.

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