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Abstract(s)
Os materiais e as estruturas impactam o nosso modo de vida, tendo, inclusive, marcado períodos da História, seja na forma como nos deslocamos, como construímos ou até mesmo como pensamos e concebemos novas ideias em engenharia, representando a derradeira limitação. A utilização de materiais compósitos, materiais com gradiente funcional (FGM) e materiais inteligentes representam algumas das opções de projeto mais recentes, cujas potencialidades permitem melhor adequar as estruturas ao seu propósito. A extensão destes conceitos às estruturas inteligentes, vem despertar um maior interesse num tópico de investigação que, atualmente, se destaca pela sua relevância, dado o seu imenso potencial. A adaptabilidade destas estruturas pode ser conseguida através da utilização de materiais inteligentes, que diferem dos seus congéneres naturais pela transdução de energia entre diferentes campos, como por exemplo, o elétrico e o elástico no caso de materiais piezoelétricos. A sua utilização num contexto material de gradiente funcional permite desenvolver soluções à medida para cada utilização. Estas podem passar por um processo de otimização, obtendo-se soluções ótimas de acordo com objetivos definidos e eventuais constrangimentos. O presente trabalho é dedicado ao estudo de estruturas construídas com materiais piezoelétricos e gradientes funcionais multidirecionais. Pretende-se o estudo da resposta estática de estruturas do tipo placa ou viga, com gradientes em múltiplas direções. Nesta sequência procede-se à otimização destas estruturas utilizando o algoritmo bio-inspirado Jellyfish Search (JS). Para este efeito é desenvolvido uma aplicação simbólica para análise destas estruturas, que ficará acoplada a uma aplicação numérica para o projeto ótimo de estruturas. Os resultados obtidos por meio de estudos de verificação, paramétricos e de otimização são objeto de análise crítica.
Materials and structures greatly impact our way of life, having even marked periods in History. Whether in the way we move, build, or even conceive new engineering concepts, these represent the ultimate limitation. The utilization of composite materials, functionally graded materials and smart materials represent some of the most recent design options, whose potentialities allow to better adapt the structures to their purpose. The extension of these concepts to intelligent structures has contributed to gather even more interest as a research topic, that so far stands out, given its enormous potential. The adaptability of these structures can be achieved through the use of intelligent materials, which differ from their natural counterparts in the transduction of energy between different fields, such as the electric and elastic fields in the case of piezoelectric materials. Their utilization in a functionally graded material context, allows the development of tailor-made solutions for each application. These can go through an optimization process, obtaining optimal solutions according to defined objectives and eventual constrains. The present work is dedicated to the study piezoelectric structures with multidirectional functional gradient. It is intended to study the static response of plate or beam type structures, with gradients in multiple directions. In this sequence, these structures are optimized using the bio-inspired Jellyfish Search (JS) algorithm. For this purpose, a symbolic application is developed for the analysis of these structures, which will be coupled to a numerical application for the optimal design of structures. The results obtained through verification, parametric and optimization studies are subject to critical analysis.
Materials and structures greatly impact our way of life, having even marked periods in History. Whether in the way we move, build, or even conceive new engineering concepts, these represent the ultimate limitation. The utilization of composite materials, functionally graded materials and smart materials represent some of the most recent design options, whose potentialities allow to better adapt the structures to their purpose. The extension of these concepts to intelligent structures has contributed to gather even more interest as a research topic, that so far stands out, given its enormous potential. The adaptability of these structures can be achieved through the use of intelligent materials, which differ from their natural counterparts in the transduction of energy between different fields, such as the electric and elastic fields in the case of piezoelectric materials. Their utilization in a functionally graded material context, allows the development of tailor-made solutions for each application. These can go through an optimization process, obtaining optimal solutions according to defined objectives and eventual constrains. The present work is dedicated to the study piezoelectric structures with multidirectional functional gradient. It is intended to study the static response of plate or beam type structures, with gradients in multiple directions. In this sequence, these structures are optimized using the bio-inspired Jellyfish Search (JS) algorithm. For this purpose, a symbolic application is developed for the analysis of these structures, which will be coupled to a numerical application for the optimal design of structures. The results obtained through verification, parametric and optimization studies are subject to critical analysis.
Description
Dissertação de natureza científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica.
Keywords
Estruturas e materiais inteligentes Materiais piezoelétricos Materiais piezoelétricos com gradiente funcional contínuo e discreto Otimização baseada em algoritmo bio-inspirado Jellyfish Search Análise de elementos finitos Smart structures and materials Piezoelectric materials Continuum and discrete functionally graded piezoelectric materials Bio-inspired optimization Jellyfish search Finite element analysis
Citation
MARQUES, Pedro dos Santos - Modelação e otimização de estruturas construídas com materiais piezoelétricos e gradientes funcionais multidirecionais. Lisboa: Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, 2023. Dissertação de Mestrado.