Navegando por Autor "Dias, José Augusto de Carvalho"

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    Elastic and aeroelastic behavior of electromechanical coupled structures in cases of energy harvesting and structural control considering piezoelectric nonlinearities.
    (2019-11-26) Dias, José Augusto de Carvalho
    Several research groups have extensively investigated smart materials over the last decades. Applications range from sensing and actuation, the combination of both in vibrations control and more recently, in energy harvesting problems. Among the different smart materials available, piezoelectric one has received great attention in the literature. They can be employed over a large and useful range of frequencies and different configurations are commercially available. Among different applications, aeronautical engineering has benefited from the researches related to smart materials. In particular, these materials have provided advances in the development of bio-inspired structures, control of structural properties in order to improve the aeroelastic performance as well as in wind energy harvesting. Linear constitutive equation of piezoelectricity has been considered in most cases for the modeling of such systems. However, recent literature shows that nonlinear manifestations of piezoelectric materials are relevant and can significantly modify the behavior of an electromechanically coupled system both in actuation or sensing problems. In this work, a nonlinear plate finite element model has been developed in order to obtain the governing equations of electromechanically coupled systems. The model also considers the nonlinear behavior piezoelectric material under weak electric fields. The nonlinear electroelastic model results are verified against experimental data in actuation and vibration based energy harvesting cases. Later, the nonlinear structural model is combined to an unsteady aerodynamic model. The effects of nonlinear piezoelectricity are investigated considering an electromechanically coupled flexible wing. The active stiffness change induced by piezoelectric actuation is also investigated as an aeroelastic control technique.
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    Modelagem e análise de geradores aeroelásticos híbridos piezelétrico-indutivos para conversão de energia do escoamento em eletricidade
    (2017-11-14) Dias, José Augusto de Carvalho
    A exploração de fenômenos aeroelásticos dinâmicos visando à conversão de energia do escoamento em eletricidade tem recebido crescente atenção nos últimos anos. As aplicações se estendem desde estruturas aeroespaciais até a alimentação de sistemas eletrônicos sem fio e diferentes mecanismos de transdução têm sido utilizados. O uso de um aerofólio é uma abordagem conveniente e escalável para criar instabilidades e oscilações persistentes para coleta aeroelástica de energia. Este trabalho tem por objetivo avaliar configurações alternativas de aerofólio para a coleta de energia do escoamento. As análises abrangem as versões lineares e não lineares de geradores aeroelásticos de energia baseados em aerofólio com dois (2GDL) e com três graus de liberdade (3GDL) que utilizam transdução piezelétrica e eletromagnética separadamente e também simultaneamente. Em todos os casos o acoplamento eletroaeroelástico é adicionado ao grau de liberdade de flexão do aerofólio e um circuito elétrico externo utilizado para cada tipo de mecanismo de transdução. As equações adimensionais que governam o sistema eletroaeroelástico são apresentadas para cada caso e uma carga resistiva é considerada no domínio elétrico para a previsão da potência gerada. Inicialmente, as previsões do modelo piezoaeroelástico linear com 2GDL são verificadas a partir de resultados experimentais obtidos em ensaios em túnel de vento na condição de flutter. Posteriormente, no primeiro estudo de caso, o comportamento eletroaeroelástico da seção típica com 2GDL é investigado, na velocidade de flutter, variando-se parâmetros aeroelásticos e eletromecânicos. No segundo estudo de caso, uma não linearidade do tipo freeplay é adicionada ao grau de liberdade de rotação da seção típica de 2GDL. Neste caso, a seção típica é estudada na velocidade mais baixa na qual o sistema apresenta oscilações em ciclo limite para diversas configurações de parâmetros aeroelásticos e eletromecânicos. As oscilações não lineares em ciclo limite podem ser obtidas abaixo da velocidade linear de flutter. Finalmente, o comportamento eletroaeroelástico de uma seção típica linear com 3GDL é estudado segundo a variação de diferentes parâmetros. Em todos os estudos de caso, a potência gerada e a amplitude dos GDLs mecânicos são investigadas. Com o estudo, é possível localizar regiões ótimas de parâmetros adimensionais as quais propiciam um aumento da potência elétrica de saída com velocidades de escoamento aceitáveis. Uma vez escalável, é possível redimensionalizar o modelo e manufaturá-lo.