Modelagem e análise de vigas multicamadas incluindo efeitos viscoelásticos e piezoelétricos.

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

22/03/2011

RESUMO

O projeto de estruturas adaptativas deve contemplar um estudo cuidadoso das características passivas de dissipação de energia, com o intuito de manter o sistema resistente a eventuais falhas nas redes de sensores e atuadores ou do controle como um todo. Além disso, conhecendo-se as regiões em que o desempenho puramente passivo é ótimo, pode-se minimizar os requisitos de potência de controle. O presente trabalho visa analisar o comportamento dinâmico de vigas submetidas a tratamentos dissipativos com camada restritora (PCLD - Passive Constrained Layer Damping), segundo a variação dos parâmetros geométricos das camadas constituintes. A teoria de Timoshenko com acoplamento flexão-extensão foi empregada na derivação do modelo matemático do sistema eletromecânico, não havendo restrição quanto ao número, tipo ou propriedades mecânicas das camadas. A forma fraca das equações do movimento e equilíbrio de cargas elétricas foi a base para a construção de um algoritmo de obtenção de uma solução aproximada pelo método de elementos finitos, tendo os deslocamentos axial e transversal do eixo neutro da viga base e as rotações de todas as camadas como graus de liberdade mecânicos e as diferenças de potencial de cada camada piezoelétrica como graus de liberdade elétricos. A implementação computacional do algoritmo de solução foi testada e validada, simulando-se casos publicados na literatura científica. Um modelo viscoelástico, baseado na teoria do módulo complexo (CMA - Complex Modulus Approach), foi utilizado nas simulações pelo método da resposta direta em frequência (DFR - Direct Requency Response) e também na obtenção de modelos modais truncados, via método da energia modal de deformação (IMSE - Iterative Modal Strain Energy) e solução complexa de autovetores (ICE - Iterative Complex Eigensolution). Os resultados obtidos por intermédio três métodos foram comparados, comprovando a acurácia das respostas aproximadas, mesmo para sistemas truncados em poucos modos normais. Uma metodologia de análise e projeto de estruturas PCLD por ábacos compostos por curvas de níveis sobrepostas, obtidas com apoio dos métodos interativos, foi proposta e discutida, demonstrando a possibilidade de se monitorar e controlar diversas grandezas dinâmicas, a fim de obter um determinado desempenho do sistema passivo. As conclusões do trabalho comprovam que o comportamento dinâmico de uma estrutura com tratamento PCLD pode ser não linear frente à variação dos parâmetros geométricos do tratamento, o que impõe a necessidade de uma metodologia de projeto em que seja possível acompanhar o desempenho global do sistema frente a mudanças locais nas características de seus componentes.

ASSUNTO(S)

vigas de timoshenko viscoelasticidade resposta em frequência modelo de acoplamento método de elementos finitos algoritmos simulação computacional estruturas engenharia mecânica

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