Modelagem por elementos finitos de placas compostas dotadas de sensores e atuadores piezoelétricos : implementação computacional e avaliação numérica / Finite element modeling of composite plates incorporating piezoelectric sensors and actuators: implementation and numerical assessment

AUTOR(ES)

Albert Willian Faria

DATA DE PUBLICAÇÃO

2006

RESUMO

Esta dissertação apresenta uma metodologia baseada no Método dos Elementos Finitos (MEF) para a modelagem de estruturas compostas laminadas do tipo viga e placa dotadas de sensores e atuadores piezoelétricos. Os conceitos fundamentais e o desenvolvimento teórico são apresentados, seguidos de simulações numéricas realizadas em ambiente MATLAB para a modelagem dessas estruturas. O elemento finito implementado é do tipo Serendipity, tem forma retangular, oito pontos nodais, onze graus de liberdade mecânicos por nó e oito graus de liberdade elétricos por interface de camada piezoelétrica. Os efeitos da temperatura são desprezados. É empregada uma Teoria Mista baseada no uso de camada equivalente única para representação do campo de deslocamentos mecânicos e em múltiplas camadas para o campo elétrico. A aproximação do campo de deslocamentos mecânicos utiliza duas teorias distintas: a Teoria da Deformação de Terceira Ordem (HSDT) e a Teoria da Deformação Cisalhante de Primeira Ordem (FSDT). As teorias em estudo são implementadas computacionalmente e confrontadas através da realização de simulações numéricas e os resultados são comparados com os disponíveis na literatura. Nestas simulações, alguns aspectos relevantes do comportamento estático e dinâmico sob vibração livre de vigas e placas retangulares dotadas de sensores e atuadores piezoelétricos são avaliados, tais como deflexão, freqüências naturais e potenciais elétricos. São discutidas as vantagens e desvantagens da utilização de cada uma dessas teorias na modelagem de estruturas inteligentes.

ASSUNTO(S)

teoria da deformação cisalhante de primeira/terceira ordem estruturas inteligentes vibração finite element method first-order/ high-order shear deformation theory piezoeletricidade estruturas compostas engenharia mecanica intelligent structures mixed theory teoria mista elementos finitos método dos elementos finitos composite materials piezoelectricity

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