a análise de placas laminadas compostas inteligentes

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2 Estado da arte de modelagem de placas inteligentes Em praticamente todas as etapas de projeto de estruturas complexas se requer o uso de modelos numéricos confiáveis capazes de proporcionar previsões qualitativas e quan- titativas realistas acerca do comportamento estrutural. No caso particular de estruturas inteligentes, estes modelos devem ser capazes de representar, de forma adequada, a resposta acoplada dos ditos smart materials e devem ser aplicáveis a diversos tipos de elementos estruturais. A modelagem matemática do comportamento de estruturas inteligentes pode ser cate- gorizada em termos de configuração estrutural, ou seja, placas, cascas, treliças, etc. e também de acordo com o tipo de abordagem empregada, quer seja via abordagens aproxi- madas via métodos numéricos ou por soluções teóricas analíticas (Chee, Tong e Steven, 1998). Ao longo das três últimas décadas, uma grande variedade de modelos foi desenvolvida objetivando a predição do comportamento, por exemplo, dos materiais piezelétricos em estruturas inteligentes. De acordo com Lee (2001), estes modelos podem ser agrupados em três diferentes categorias: modelos de deformação induzida, modelos eletromecânicos acoplados e modelos termoeletromecânicos acoplados. Os modelos de deformação induzida usam aproximações teóricas para incorporar o efeito piezelétrico e são geralmente limitados à predição somente da resposta ativa dos materiais piezelétricos visto que o potencial elétrico é negligenciado como variável de estado. Neste caso, as deformações nos materiais piezelétricos devidas aos potenciais aplicados são geradas por forças e momentos estaticamente equivalentes. Apesar de alguns modelos terem sido desenvolvidos com a introdução das equações constitutivas piezelétricas, permitindo representar o comportamento sensitivo, o potencial elétrico não é incluído geralmente como variável de estado, não considerando a conservação do fluxo elétrico nas equações do movimento, de forma que as voltagens dos sensores são pós-processadas 6
2 Estado da arte de modelagem de placas inteligentes 7 usando a equação de carga elétrica (Lee, 2001). Os modelos eletromecânicos acoplados permitem uma representação mais consistente de ambas respostas ativa e sensitiva dos materiais piezelétricos pela incorporação de ambos deslocamentos mecânicos e potenciais elétricos como variáveis de estado na formulação. E uma expansão natural deste último, consiste nos modelos termoeletromecânicos, que evidentemente incorporam o efeito térmico. Tipicamente, os modelos eletromecânicos acoplados são implementados em códigos de elementos finitos por fornecerem uma ferramenta de análise mais poderosa, de forma que uma variedade de modelos de elementos de vigas, placas, cascas e sólidos foram desenvolvidos. De uma forma geral, métodos para obtenção de soluções analíticas foram aplicados a modelos restritos a formas estruturais e condições de contorno simples e ilustraram o potencial do uso da piezeletricidade. Por sua vez, técnicas de elementos finitos foram usadas para problemas mais complicados incluindo geometrias complexas, comportamento não linear e controle dinâmico de estruturas. Conforme Chee, Tong e Steven (1998), modelos estruturais que incluem sensores e atuadores piezelétricos podem ser agrupados em três classes: sensores e atuadores piezelétricos na forma de pastilhas discretas que são coladas ou embutidas na estrutura, de forma que sua presença não afeta significativamente as propriedades da estrutura quando não são ativados (evidentemente, observando a proporção entre suas dimensões); sensores e atuadores piezelétricos na forma de filmes contínuos que são colados na superfície da estrutura e também não afetam significativamente as propriedades estruturais quando desativados; e lâminas piezelétricas dispostas juntas às lâminas de um substrato para formar um dito laminado composto piezelétrico, onde as propriedades mecânicas do material piezelétrico são consideradas no cálculo da relação constitutiva do laminado. Vários autores apresentaram modelos teóricos ou analíticos de atuadores piezelétricos obtendo soluções exatas. Apesar de várias suposições e aproximações terem sido incor- poradas a estes modelos, eles conduziram a resultados que bem concordaram com as avaliações experimentais.
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