[pt] O problema tratado nesta dissertação é o da modelagem da excitação, propagação e sensoriamento de ondas acústicas de alta frequência em compósitos piezoelétricos laminados. Empregou-se uma formulação de vigas baseada na teoria discreta de Reddy para compósitos laminados. Esta teoria tem como característica o emprego de funções de interpolação de ordem arbitrária para descrever a variação dos campos de deslocamento e do potencial elétrico ao longo da espessura do laminado. A utilização deste tipo de teoria possibilita a representação de campos de deslocamento que variam rapidamente ao longo da espessura, e que na faixa de altas frequências, são representativos daqueles associados com ondas guiadas em compósitos laminados. No domínio da frequência, o sistema de equações que descreve a resposta eletromecânica do laminado piezoelétrico é colocado na forma de uma equação de estado. A técnica de solução utilizada é baseada no método da imersão invariante, também conhecido como método da varredura ou método de Riccati. Para avaliar os limites da faixa de frequências onde diferentes aproximações são válidas, empregou-se uma técnica baseada na comparação entre o espectro de dispersão exato e aquele previsto pela teoria aproximada. Os resultados destas comparações, mostram que utilizando-se o número de funções de interpolação apropriado, a teoria discreta de Reddy é capaz de representar ondas de comprimento até quatro vezes menores que a espessura da viga. Na faixa de baixas frequências, os resultados são comparados com soluções numéricas fornecidas pelo método dos elementos finitos. Também são apresentados resultados que mostram a variação na resposta eletro-mecânica da viga quando descontinuidades são introduzidas nesta, bem como resultados de experimentos que envolvem a utilização de piezoelétricos como atuadores e sensores. / [en] The proposed contribution adresses the problem of modeling high- frequency excitation, propagation, and sensing, of structural waves in composites containing piezoelectric sensors and actuators. The model for the active composite beam proposed here is based on Reddy’s discrete layerwise laminate theory. The displacement and electric potential are interpolated in the through-thickness direction using piecewise linear functions. In the frequency domain, the governing equations are written in a state space form. Comparisons between approximate and exact wave dispersion spectra are performed in order to assess the efficiency of the layerwise theory in a given frequency range. It is shown that by employing the proper interpolation, Reddy s theory is able to describe the dynamic response of the composite at frequencies where the associated wavelengths are of the same order or even shorter than the thickness of the piezoelectric layers. Next, the solution for the state space equation is obtained by employing an algorithm based on a discrete version of the Riccati transformation, It is shown that the algorithm is stable over a wide range of frequencies. In the low frequency range, the analytical results are compared with finite element results. Also are shown the change in the electrical and mechanical response when discontinuites are introduced in the beam, as well as basic experiments involving piezoelectric sensors and actuators.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:26579 |
| Date | 10 June 2016 |
| Creators | ANTONIO LOPES GAMA |
| Contributors | ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA, ARTHUR MARTINS BARBOSA BRAGA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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