Comportamento elástico e aeroelástico de estruturas eletromecânicas em casos de colheita de energia e controle de propriedades estruturais considerando não linearidades piezelétricas

Autor(es)

José Augusto de Carvalho Dias

• Tipo de documento: Tese de Doutorado
• Imprenta: São Carlos.
• Instituição: Universidade de São Paulo (USP). Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/SBD)
• Data de defesa: 2019-04-15

Membros da banca

Carlos de Marqui Junior; Ricardo Afonso Angélico; Douglas Domingues Bueno; Renato Pavanello; Jose Maria Campos dos Santos

• Orientador: Carlos de Marqui Junior; Alper Erturk

Resumo

Diversos grupos de pesquisa têm investigado extensivamente materiais inteligentes ao longo das últimas décadas. As aplicações se estendem desde sensoriamento e atuação, assim como a combinação de ambos no controle de vibrações e mais recentemente em problemas de coleta de energia. Entre os diferentes materiais inteligentes disponíveis, os piezelétricos têm recebido grande atenção na literatura. Eles podem ser aplicados em uma grande e útil faixa de frequências sendo disponibilizados comercialmente em diversas configurações. Entre as diversas aplicações, a engenharia aeronáutica tem se beneficiado dos estudos relacionados aos materiais inteligentes. Em particular, estes materiais têm proporcionado avanços no desenvolvimento de estruturas bio-inspiradas, ou até mesmo o controle de propriedades estruturais da asa para aprimorar a performance aerodinâmica assim como na coleta de energia do escoamento. O equacionamento constitutivo linear da piezeletricidade foi considerado para a modelagem de tais sistemas na maioria dos casos. Entretanto, a literatura recente demonstra que manifestações não lineares de materiais piezelétricos são relevantes e podem significantemente modificar o comportamento do sistema eletromecanicamente acoplado em problemas de atuação e sensoriamento. Neste trabalho, um modelo de elementos finitos de placa não linear foi desenvolvido para obter as equações que governam o comportamento de sistemas eletromecanicamente acoplados. O modelo também considera o comportamento não linear de materiais piezelétricos em baixos campos elétricos. Os resultados do modelo eletroelástico não linear são verificados em relação a dados experimentais em casos de coleta de energia com excitação de base. Posteriormente, o modelo estrutural não linear é combinado a um modelo aerodinâmico não estacionário. Os efeitos da piezeletricidade não linear são investigados considerando uma asa flexível eletromecanicamente acoplada. A alteração ativa de rigidez induzida pela atuação piezelétrica também é investigada como uma técnica de controle aeroelástico. (AU)

• Processo FAPESP: 14/21827-3 - Modelagem e verificação experimental de uma asa flexível com atuadores piezelétricos para controle de propriedades geométricas e estruturais
• Beneficiário: José Augusto de Carvalho Dias
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado