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metadata.dc.type: Tese
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Title: Modelagem numérica e otimização de shunts piezelétricos aplicados ao controle passivo de vibrações
Other Titles: Modeling and optimization of piezoelectric shunts apply to passive vibration control
metadata.dc.creator: Santana, Danuza Cristina
metadata.dc.contributor.advisor1: Rade, Domingos Alves
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Steffen Júnior, Valder
metadata.dc.contributor.referee1: Souza, Luiz Carlos Gadelha de
metadata.dc.contributor.referee2: Franco, Vera Lucia Donizeti de Sousa
metadata.dc.contributor.referee3: Hami, Abdelkhalak El
metadata.dc.description.resumo: O desenvolvimento de novas tecnologias permitiu a construção de equipamentos industriais, veículos e estruturas cada vez mais leves e com velocidades de operação cada vez mais elevadas, ocasionando o aumento dos níveis de vibração e ruído gerados. Como resultado, diferentes técnicas de controle ativo e passivo de vibrações e ruído foram desenvolvidas e continuam sendo aperfeiçoadas. Entre as técnicas de controle passivo destaca-se o uso de materiais piezelétricos combinados com circuitos elétricos passivos (circuitos shunt). Neste tipo de controle, uma pastilha piezelétrica, geralmente de cerâmica PZT, é colada na superfície da estrutura e conectada a um circuito elétrico de modo que a energia vibratória é transferida da estrutura para o elemento piezelétrico e, em seguida, para o circuito elétrico onde é parcialmente dissipada. Os tipos de circuito shunt mais utilizados são resistivos, ressonantes, capacitivos, chaveados, de capacitância negativa e multimodais. Trata-se de um sistema de controle de estruturas leves que tem como algumas de suas vantagens não apresentar instabilidades e também dispensar sistemas eletrônicos complexos embarcados à estrutura. Neste contexto, este trabalho considera a modelagem por elementos finitos de sistemas estruturais combinados com cerâmicas piezelétricas e diferentes topologias de circuitos shunt. Assim, vários aspectos do sistema de controle unimodal e multimodal, como número e posicionamento das pastilhas foram investigados. Como o princípio de funcionamento baseia-se na transferência de deformação da estrutura principal para o elemento piezelétrico, é evidente que sua eficiência está diretamente relacionada às características da colagem (espessura, rigidez e eventual delaminação da camada de cola). Devido a isso, a influência das características da colagem na eficiência do sistema de controle também é investigada neste trabalho. As análises foram realizadas utilizando um código construído em ambiente Matlab® e também utilizando o programa ANSYS® .São estudadas placas retangulares para as quais os níveis de atenuação de vibrações são investigados através da realização de análises harmônicas.
Abstract: Due to the development of new technologies, industrial structures are now made of lighter materials and work at higher operation speeds producing an increasing vibration and noise level generation. As a result, different techniques of active and passive control have been developed and are continuously being improved. Among the passive control techniques, the use of piezoelectric materials combined with passive shunted circuits has been successfully used. In this kind of control, a piezoelectric patch, generally PZT, is bonded to the surface of the base structure and connected to an electrical circuit in such a way that the vibratory energy is transferred to the piezoelectric patch, The piezoelectric effect makes possible to transform strain energy into electric energy that is dissipated through the Joule effect. The most used shunt topologies are the resistive, resonant, capacitive, switched and the negative capacitance. This technique is appropriate for the control of light structures and does not exhibit instability problems. In this context, this work considers the finite element modeling of structural systems combined with piezoelectric ceramics for different topologies of shunt circuits. In this approach, various aspects of unimodal and multimodal control have been investigated, as the number of piezoelectric patches and their positioning along the structure. As the functioning principle is based on the transfer of strain from the base structure to the PZT, it follows that the control systems efficiency depends on the bonding characteristics (thickness, stiffness, and eventual delamination). Consequently, the influence of the attachment characteristics on the control system efficiency is also investigated in this work. The analyses have been performed by using a finite element code built in MATLAB® and also using the software ANSYS®. Beam and plate like structures are studied, for which the vibration attenuation level is investigated by performing harmonic analyses.
Keywords: Vibrações
Controle passivo
Piezeletricidade
Circuitos shunt
Vibration
Passive control
Piezoelectricity
Shunt circuits
Vibração
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
metadata.dc.language: por
metadata.dc.publisher.country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
metadata.dc.publisher.initials: UFU
metadata.dc.publisher.department: Engenharias
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Citation: SANTANA, Danuza Cristina. Modeling and optimization of piezoelectric shunts apply to passive vibration control. 2007. 233 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2007.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14691
Issue Date: 28-Aug-2007
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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