Design and optimization of modal filters using arrays of piezoelectric sensors / Projeto e otimização de filtros modais usando redes de sensores piezoelétricos

AUTOR(ES)

Carlos do Carmo Pagani Júnior

DATA DE PUBLICAÇÃO

2009

RESUMO

Filtros modais permitem que se identifique a contribuição de cada modo de vibrar na resposta dinâmica de uma estrutura, o que pode simplificar o projeto de sistemas dinâmicos em diversas aplicações como controle de vibrações, controle de forma, monitoramento de integridade estrutural e aproveitamento de energia. O objetivo desta dissertação é desenvolver uma metodologia para projetar e otimizar filtros modais a partir de uma rede de sensores piezelétricos discretos. É de especial interesse a relação entre a topologia da rede de sensores e o desempenho dos filtros modais obtidos pela soma ponderada dos sinais de tensão elétrica medida por cada sensor. A modelagem estrutural, usando o método dos elementos finitos com acoplamento eletromecânico, considera uma placa retangular de alumínio com trinta e seis sensores piezelétricos, em forma de pequenas pastilhas, colados sobre uma de suas superfícies. As topologias de rede consideradas neste trabalho consistem das possíveis combinações de trinta e seis sensores tomados doze a doze. Esta estratégia permite um amplo processo de otimização topológica a partir de um único modelo de elementos finitos. Duas funções-objetivo definem os índices de desempenho de cada topologia de rede avaliada, objetivando projetar filtros modais capazes de isolar a resposta dos primeiros modos de vibrar que maximizem a faixa de frequência e minimizem o número de sensores necessários. Em uma primeira abordagem ao problema de otimização topológica combinatorial, é utilizado o método de busca extensiva em um espaço de soluções reduzido. Em seguida, o problema é codificado para o uso de um algoritmo genético. Os resultados mostram que aumentos de 25% a 50% na faixa de frequência dos filtros modais podem ser obtidos a partir da otimização topológica da rede de sensores.

ASSUNTO(S)

algoritmo genético finite element method filtros modais método dos elementos finitos genetic algorithm piezoelectric sensors sensores piezelétricos topology optimization modal filters otimização topológica

Documentos Relacionados

• Técnicas para monitoramento de integridade estrutural usando sensores e atuadores piezoelétricos
• Projeto de atuadores piezelétricos flextensionais usando o método de otimização topológica.
• Controle de manipuladores robóticos flexíveis usando atuadores e sensores piezelétricos otimizados
• Design of multi-phase micromechanisms using the topology optimization method.
• Design and optimization of crankshafts.