Modelagem e verificação experimental de uma asa flexível com atuadores piezelétricos para controle de propriedades geométricas e estruturais

Resumo

Os materiais inteligentes têm sido amplamente investigados nas últimas décadas por diversos grupos de pesquisa. As aplicações variam desde problemas de atuação e sensoriamento, além da combinação de ambos em problemas de controle de vibrações, e mais recentemente, em problemas de coleta de energia. Dentre os diversos materiais inteligentes disponíveis, os piezelétricos têm recebido grande atenção. Eles podem ser utilizados tanto como sensores quanto como atuadores, simultânea ou separadamente, e também proporcionam diferentes possibilidades de instalação, ampla faixa útil de frequências e diferentes configurações disponíveis comercialmente. A área aeronáutica é uma das que vem sendo beneficiadas com o avanço nas pesquisas de materiais inteligentes. Em particular, estes materiais propiciaram avanços no desenvolvimento de estruturas bio-inspiradas, que podem incluir a combinação de pesquisas para a variação ativa e otimizada de geometrias (morphing wings), problemas de flapping (imitando o bater de asas de pássaros ou insetos) ou mesmo o controle de propriedades estruturais visando a melhoria do desempenho aeroelástico. Considerando a utilização de materiais piezelétricos, todos os casos comentados são problemas de atuação, ou seja, utilizam o efeito piezelétrico inverso. A grande maioria das pesquisas recentes considera a equação constitutiva linear da piezeletricidade na modelagem de tais sistemas. Entretanto, a literatura recente mostra que a manifestação de comportamentos não-lineares nestes problemas é relevante e que não tem sido devidamente considerado. O objetivo deste projeto é a modelagem eletroaeroelástica de uma asa flexível dotada de atuadores piezelétricos para a investigação problemas de morphing, flapping e mesmo controle de propriedades elásticas da mesma. Um modelo não-linear por elementos finitos será proposto para a obtenção das equações que governam o sistema eletromecanicamente acoplado. Entretanto, será considerado o comportamento não-linear do material piezelétrico nestes problemas de atuação através da adição de termos adicionais na equação constitutiva da piezeletricidade. A modelagem aerodinâmica se dará através do método de vórtices de partículas. O modelo numérico resultante deve ser uma boa contribuição para a representação mais precisa de tais sistemas. Os resultados eletroelásticos e eletroaeroelásticos serão verificados experimentalmente. (AU)