Controle de vibrações estruturais usando cerâmica piezoelétricas em extensão e cisalhamento conectadas a circuitos híbridos ativo-passivos

Abstract

This work presents a numerical analysis of the structural vibration control using piezoelectric materials in extension and shear mode connected to active-passive electric circuits composed of resistance, inductance and voltage source. For that, a finite element model for sandwich beams with three elastic or piezoelectric layers was developed. A modeling of the electric circuit dynamics and its coupling to the structure with piezoelectric elements was also done. A harmonic analysis of the resulting equations was performed to yield a preliminary evaluation of the effects caused by the electric circuit components on the structure. It was observed that the passive circuit components not only lead to a dynamic vibration absorber effect but also to an amplification of the control authority in case of actuation using the voltage source. Using the standard methodology for the design of dynamic vibration absorbers, expressions were derived for the resistance and inductance values that optimize the passive vibration control performance of the system. A numerical analysis of the passive vibration control was performed for cantilever beams with extension and shear piezoelectric ceramics showing satisfactory results. Then, an analysis of the control authority was carried out for the same structures aiming at an active-passive vibration control. The active control was achieved using a Linear Quadratic Regulator optimal feedback strategy to evaluate the voltage applied to the circuit. A comparison between the obtained results show that hybrid active-passive control is always superior to the purely active or purely passive control for both cases studied, with extension and shear piezoelectric ceramics.

Projeto robusto e análise de incertezas em dispositivos ressonantes para coleta de energia

“…Neste capítulo, o objetivo é encontrar um modelo matemático que descreva o movimento do dispositivo e, com isso, desenvolver uma FRF para saída de potência, medida por meio da resistência elétrica, com entrada de deslocamento ou, por consequência, aceleração no engaste. Assim, a metodologia utiliza parte do modelo de viga em elementos finitos desenvolvida em trabalho de dissertação de mestrado (SANTOS, 2008). O modelo desenvolvido está baseado na teoria clássica de Bernoulli-Euler e Timoshenko para vigas sanduíches com três camadas.…”

“…Fonte: Baseado em Santos (2008). em que é a matriz de constante elástica para deslocamento elétrico constante, a matriz de permissividade dielétrica para deformações constantes e ℎ a matriz piezelétrica.…”

“…Em (SANTOS, 2008) fica demonstrado que, para uma viga com camadas piezelétricas inferior e superior, com hipóteses de tensões superficiais e deslocamentos elétricos unidimensionais, a equação (2.4) pode ser reescrita como:…”

“…Em (SANTOS, 2008), a formulação das equações de movimento é fundamentada no Princípio do Trabalho Virtual, levando em conta a estrutura piezelétrica com características eletromecânicas. A equação do trabalho virtual é descrita como:…”

Avaliação do desempenho de discos piezelétricos aplicados a metamateriais para controle de vibração

“…As soluções associadas a exploração do efeito piezoelétrico são o harvesting (LI et al, 2016;WILLIAMS;YATES, 1996;ERTURK, 2009;SANTOS, 2008;SANTOS, 2012;ZHANG et al, 2015;AGUIAR et al, 2018), buscando a geração de energia elétrica a partir da energia mecânica de um sistema hospedeiro, com a consequente, e muitas vezes desejável, redução dos níveis de vibração, e circuitos shunt (CORREA DE GODOY, 2008; ZIENTEK; GARDONIO; DAL BO, 2018; SUGINO et al, 2016a), onde utiliza-se de conversão de energia para redução de amplitude de vibração pela utilização de circuitos elétricos ressonantes. Em trabalhos recentes, destaca-se a utilização destes circuitos para o controle multimodal (LOSSOUARN; DEÜ; AUCEJO, 2015).…”