[pt] Esta dissertação trata da modelagem dos esforços transmitidos por atuadores piezoelétricos, colados ou embutidos em vigas compósitas laminadas. O trabalho é motivado por aplicações na área de materiais e estruturas inteligentes. Em particular, procura-se avaliar o comportamento de diferentes teorias aproximadas nas faixas de médias e altas frequências, quando os comprimentos de onda podem ser da ordem da espessura da viga. Nestes casos, teorias tradicionais de vigas deixam de representar com acuracidade a resposta dinâmica de estruturas compósitas. Além disso, modelos convencionais que procuram representar os esforços gerados pelo atuador por forças e momentos fletores equivalentes, geralmente resultantes de uma análise estática, deixam de ser efetivos. São estudados modelos baseados na Teoria Clássica de Laminação (hipótese cinemática de Bernoulli-Euler) e na Teoria de Deformação Cisalhante de Primeira Ordem (hipótese cinemática de Timonshenko) e na Teoria discreta de Laminação proposta por Reddy (Reddy’s Layerwise Theory). Os três modelos são escritos na forma de equações de estado, e um método de solução é proposto para se obter a matriz de impedância dos atuadores. Resultados dos modelos estudados são comparados com os obtidos pelo método dos elementos finitos (código ANSYStm). São apresentados resultados para atuadores formados por camadas de PZT e Alumínio, bem como por camadas intercaladas de PZT, Aramide-Epóxi e Alumínio. / [en] This dissertation addresses the problem of modeling the excitation of laminated composite beams by piezoelectric patches bonded or embedded in the structure. This work has been motivated by applications in the field of smart structures and materials. In particular, attention is paid to the electromechanical response in the high-frequency range. An attempt is made to evaluate the capabilities of different laminate theories in the medium and high-frequency ranges, where traditional models, such as the Classical (Bernouli-Euler) or First Order Shear Deformation (Timoshenko) theories, fail to provide accurate assessments of the structural dynamic response. Also, at these frequency ranges, conventional approaches to model the piezoelectric excitation via equivalent forces and bending moments, usually resulting from static analysis, are no longer satisfactory. Three different laminate theories are investigated: Classical, First Order Shear Deformation, and Reddy’s Layerwise theories. In the frequency domain, the governing electro-elastodynamic equations are written in a common state space formulation. A general method of solution is presented where the impedance matrix for the actuator is analytically evaluated. Comparisons are also made with numerical models obtained from a commercial finite element code.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:26509 |
| Date | 01 June 2016 |
| Creators | LUIS PAULO FRANCO DE BARROS |
| 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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