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Dispositivos piezocompósitos inovadores para nanoposicionamento e coleta de energia

Processo: 11/02387-4
Modalidade de apoio:Auxílio à Pesquisa - Regular
Vigência: 01 de maio de 2011 - 31 de outubro de 2013
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Mecânica - Projetos de Máquinas
Pesquisador responsável:Emílio Carlos Nelli Silva
Beneficiário:Emílio Carlos Nelli Silva
Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
Assunto(s):Mecatrônica  Nanotecnologia  Pizoeletricidade  Transdutores 
Palavra(s)-Chave do Pesquisador:coletores de energia | materiais gradados funcionais (MGF) | materiais piezocompósitos | nanoposicionadores | otimização topológica | Transdutores Piezelétricos | Mecatrônica

Resumo

Esse projeto de pesquisa visa o desenvolvimento de dispositivos (ou transdutores) piezocompósitos inovadores que consistem essencialmente em estruturas laminadas multi-camadas e em transdutores baseados no conceito MGF (material com gradação funcional) focando aplicações para nanoposicionamento e coleta de energia ("energy harvester"). MGF são materiais que possuem propriedades com gradação contínua ao longo do domínio. Os transdutores piezocompósitos laminados são compostos por camadas de material piezelétrico, metálica e de material compósito (matriz epóxi com fibras de carbono ou de vidro). Os transdutores MGF consistem numa estrutura metálica MGF acoplada (fixada) a uma piezocerâmica. A pesquisa compreende o projeto, simulação, fabricação (em meso escala) e caracterização experimental desses dispositivos. O projeto desses dispositivos é complexo e pode ser obtido através do método de otimização topológica (MOT) que combina algoritmos de otimização e de elementos finitos para projeto de peças com topologia complexa. No caso dos transdutores piezocompósitos laminados a formulação de MOT visa o projeto quase-estático e dinâmico de forma a determinar simultaneamente a localização ótima (topologia) dos materiais nas diversas camadas, o sinal de polarização do material piezelétrico, bem como o ângulo da fibra na camada compósita. No caso dos transdutores piezelétricos MGF a formulação de MOT visa o projeto quase-estático de forma a encontrar simultaneamente sua topologia e gradação ótimas. Em ambos os casos, o objetivo é maximizar deslocamentos em pontos especificados ou a conversão de energia. (AU)

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Publicações científicas (9)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
MELLO, L. A. M.; TAKEZAWA, A.; SILVA, E. C. N.. Designing piezoresistive plate-based sensors with distribution of piezoresistive material using topology optimization. Smart Materials and Structures, v. 21, n. 8, . (11/02387-4, 09/18210-6)
CHOI, ANDRES; VATANABE, SANDRO L.; DE LIMA, CICERO R.; SILVA, EMILIO C. N.. Computational and experimental characterization of a low-cost piezoelectric valveless diaphragm pump. Journal of Intelligent Material Systems and Structures, v. 23, n. 1, p. 53-63, . (04/14675-0, 11/02387-4)
MOTTA MELLO, LUIS AUGUSTO; KIYONO, CESAR YUKISHIGUE; NAKASONE, PAULO HENRIQUE; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Design of quasi-static piezoelectric plate based transducers by using topology optimization. Smart Materials and Structures, v. 23, n. 2, . (06/50640-2, 11/02387-4, 09/18210-6, 12/14576-9)
KIYONO, CESAR YUKISHIGUE; NAKASONE, PAULO HENRIQUE; YOO, JEONGHOON; MOTTA MELLO, LUIS AUGUSTO; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. On the optimization of HDD arms with piezoelectric actuation. FINITE ELEMENTS IN ANALYSIS AND DESIGN, v. 88, p. 118-127, . (09/18210-6, 11/02387-4)
MONTEALEGRE RUBIO, WILFREDO; PAULINO, GLAUCIO H.; NELLI SILVA, EMILIO CARLOS. Analysis, manufacture and characterization of Ni/Cu functionally graded structures. MATERIALS & DESIGN, v. 41, p. 255-265, . (05/01762-5, 11/02387-4)
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