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Projeto de atuadores de múltiplos graus de liberdade baseados em placas piezelétricas utilizando o método de otimização topológica (2012)

  • Authors:
  • USP affiliated authors: DEMARQUE, VINÍCIUS MICHELAN - EP
  • USP Schools: EP
  • Sigla do Departamento: PMR
  • Subjects: ATUADORES PIEZELÉTRICOS; SISTEMAS MICROELETROMECÂNICOS
  • Language: Português
  • Abstract: Atuadores piezelétricos são dispositivos que permitem a conversão de energia elétrica em energia mecânica. Dentre os atuadores piezelétricos, destacam-se os bilaminares, que consistem em duas piezocerâmicas de polarização oposta (ou excitadas com cargas de sinal contrário) com um substrato entre elas. Os atuadores piezelétricos também podem ser miniaturizados, alcançando a escala de MEMS (“Micro-Electric-Mechanical System”). Este trabalho tem por objetivo desenvolver uma metodologia utilizando o Método de Otimização Topológica (MOT) para o projeto de atuadores piezelétricos com múltiplos graus de liberdade baseados no princípio bilaminar. A fase de projeto consiste na utilização do MOT para a determinação de uma configuração de atuadores que maximizem o deslocamento numa direção e sentido especificados para uma restrição na quantidade de material utilizado em cada camada, considerando a polarização da cerâmica piezelétrica presente nessa configuração e o acoplamento e simetria entre as camadas. Para a simulação do atuador é utilizado o Método dos Elementos Finitos (MEF) através de um elemento de placa piezelétrica isoparamétrico de oito nós expandido. O MOT, neste trabalho, utiliza o modelo de material denominado PEMAP-P (Material Piezelétrico com Penalização e Polarização). A técnica de projeção é utilizada junto ao MOT para a obtenção de um resultado com uma geometria bem definida. O problema de otimização é resolvido através de Programação Matemática Seqüencial (PMS) através do algoritmo GCMMA (“Globally Convergent Method of Moving Asymptotes”). Como exemplo é estudado o projeto de um atuador piezelétrico para microespelhos. Dentre as configurações obtidas pelo MOT, uma é fabricada utilizando as técnicas de corte a laser e colagem e, posteriormente, é caracterizada.Finalmente, é realizada a comparação entre os resultados de simulação e experimentais do protótipo.
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 02.08.2012
  • Acesso online ao documento

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    EPBC31200042433FD-5978 Ed.rev.
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    • ABNT

      DEMARQUE, Vinícius Michelan; SILVA, Emílio Carlos Nelli. Projeto de atuadores de múltiplos graus de liberdade baseados em placas piezelétricas utilizando o método de otimização topológica. 2012.Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012. Disponível em: < http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03072013-161356/pt-br.php >.
    • APA

      Demarque, V. M., & Silva, E. C. N. (2012). Projeto de atuadores de múltiplos graus de liberdade baseados em placas piezelétricas utilizando o método de otimização topológica. Universidade de São Paulo, São Paulo. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03072013-161356/pt-br.php
    • NLM

      Demarque VM, Silva ECN. Projeto de atuadores de múltiplos graus de liberdade baseados em placas piezelétricas utilizando o método de otimização topológica [Internet]. 2012 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03072013-161356/pt-br.php
    • Vancouver

      Demarque VM, Silva ECN. Projeto de atuadores de múltiplos graus de liberdade baseados em placas piezelétricas utilizando o método de otimização topológica [Internet]. 2012 ;Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3152/tde-03072013-161356/pt-br.php

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