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Tese

Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica (2012)

  • Authors:
  • Autor USP: VATANABE, SANDRO LUIS - EP
  • Unidade: EP
  • Sigla do Departamento: PMR
  • Subjects: MÉTODO DOS ELEMENTOS FINITOS; MATERIAIS COMPÓSITOS; CERÂMICA PIEZELÉTRICA; MÉTODOS TOPOLÓGICOS (OTIMIZAÇÃO)
  • Language: Português
  • Abstract: Um material piezocompósito é resultante da combinação de um material piezelétrico com outros materiais não-piezelétricos, oferecendo vantagens substanciais em relação aos materiais piezelétricos convencionais. Diferentes propriedades efetivas podem ser obtidas alterando-se a fração de volume dos constituintes ou a própria topologia da célula unitária do piezocompósito. Materiais com Gradação Funcional (MGF) são materiais compósitos avançados, projetados de tal forma que sua composição varie gradualmente numa direção espacial. A vantagem do conceito MGF é não apresentar interface convencional entre os materiais da inclusão e da matriz, reduzindo assim um problema comum em materiais compósitos laminados, como por exemplo, o surgimento de concentração de tensões mecânicas. O Método de Otimização Topológica (MOT) é uma técnica computacional utilizada para se determinar a distribuição de materiais em uma estrutura ou material de forma sistemática, a fim de se extremizar uma determinada função objetivo. Assim, esse trabalho propõe uma metodologia sistemática e genérica para o projeto de materiais piezocompósitos com gradação funcional (MPGF) utilizando o MOT, tanto para aplicações quasi-estáticas, quanto para aplicações dinâmicas. Dessa forma, divide-se o projeto de materiais piezocompósitos em três grupos. O primeiro grupo consiste em um método de projeto de materiais baseado na combinação do método de homogeneização com o MOT para o projeto de MPGF para aplicações quasi-estáticas, onde o objetivo é projetar materiais piezocompósitos que, de modo geral, maximizem a conversão de energia mecânica em elétrica. A aplicação utilizada como exemplo neste trabalho são materiais empregados em dispositivos de coleta de energia.O segundo grupo visa aplicações dinâmicas de materiais piezocompósitos fonônicos, onde a propriedade de interesse é a possibilidade de se ter faixas de frequência, mais conhecidas por band gaps, nas quais ondas elásticas não se propagam. Assim, neste estudo visa-se o projeto de MPGF fonônicos com largura e posição de band gaps prescritos, empregando estruturas unidimensionais, e a maximização de diversos band gaps, empregando estruturas bidimensionais. O terceiro grupo explora o conceito de gradação geométrica em aplicações dinâmicas. Novos parâmetros são adicionados ao projeto, tais como o número de repetições de padrão no domínio de projeto e a variação das dimensões do padrão ao longo da célula unitária. Esta abordagem é empregada visando à aplicação na coleta de energia, onde se procura maximizar a potência elétrica gerada em um resistor acoplado aos eletrodos, através da obtenção da topologia otimizada de estruturas piezocompósitas. Exemplos numéricos são apresentados de forma a ilustrar as metodologias de projeto propostas, bem como, analisar a influência dos parâmetros de otimização nos resultados.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 09.11.2012
    • Acesso à fonte
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      VATANABE, Sandro Luis. Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica. 2012. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19072013-160203/. Acesso em: 25 fev. 2026.

    • APA

      Vatanabe, S. L. (2012). Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19072013-160203/

    • NLM

      Vatanabe SL. Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica [Internet]. 2012 ;[citado 2026 fev. 25 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19072013-160203/

    • Vancouver

      Vatanabe SL. Projeto de materiais piezocompósitos baseados no conceito de gradação funcional utilizando o método de otimização topológica [Internet]. 2012 ;[citado 2026 fev. 25 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-19072013-160203/

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