Controle ativo-passivo de vibrações estruturais usando materiais piezelétricos: otimização e quanticação de incertezas

Abstract

This work presents a numerical analysis of the structural vibration control using piezoelectric materials in extension 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. An analysis of the effect of uncertainties of piezoelectric and dielectric constants of piezoelectric ceramic and resistance and inductance components of the shunt circuit on the passive and active-passive control performance for a cantilever beam structure was performed. The objective of this analysis was to quantify robustness and sensitivity of the proposed control. Then, an optimization study of the values of resistance and inductance of the shunt circuit as a function of the maximum control voltage to be applied on a plate with several piezoelectric actuators was performed. Finally and also for the plate structure, an analysis of uncertainties in the stiffness of the adhesive interface between structure and piezoelectric actuators and their effects on the performance of passive control and active-passive was performed.

Método Da Máxima Entropia Aplicado Ao Desenvolvimento De Modelo Probabilístico De Parâmetros De Circuitos Elétricos Shunt

“…Através do Método da Máxima Entropia, determinou-se a distribuição apropriada do comportamento estocástico das incertezas e fundamentou-se o nível de dispersão máximo e de número de tiragens para convergência do modelo. Essas informações são de fundamental importância para o desenvolvimento do projeto ótimorobusto de sistema para mitigação de vibrações, tais como o trabalho realizado por Santos (2012).…”

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

“…As propriedades da viga, que é de alumínio são: densidade de 2790 / 3 e módulo de elasticidade de 69 . Para a Resina Epoxy são considerados os valores de densidade de 1126 / 3 e módulo de elasticidade 2.5 (SANTOS, 2012). O sensor piezelétrico é do tipo Titanato Zirconato de Chumbo (PIC-151) com densidade de 7800 / 3 , constante elástica¯1 1 = 101, 24 , constante de acoplamento piezelétricoh 31 = −1, 4862 × 10 9 −1 , constante dielétrica dē 33 = 76, 435 × 10 6 −1 e fator de correção de cisalhamento 2 = 0, 83.…”

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).…”