[pt] INSTABILIDADE E COMPORTAMENTO DINÂMICO NÃO LINEAR DE ESTRUTURAS MULTIESTÁVEIS

• Ano de defesa: 2024
• Autor(a) principal: CARLOS HENRIQUE LIMA DE CASTRO
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: MAXWELL
• Palavras-chave em Português: [pt] DINAMICA NAO LINEAR; [pt] ESTABILIDADE; [pt] ESTRUTURA MULTIESTAVEL; [pt] COLETA DE ENERGIA; [en] NONLINEAR DYNAMICS; [en] STABILITY; [en] MULTISTABLE STRUCTURE; [en] ENERGY HARVESTING
• Link de acesso: https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=67046&idi=1; https://www.maxwell.vrac.puc-rio.br/colecao.php?strSecao=resultado&nrSeq=67046&idi=2; http://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.67046

[pt] Nos últimos anos, tem-se observado um interesse crescente em estruturas multiestáveis. Sistemas com múltiplas configurações de equilíbrio estável geralmente são obtidos através de uma cadeia de unidades biestáveis conectadas por elementos rígidos ou flexíveis. Entretanto, pouco se sabe sobre seu comportamento estático e dinâmico não linear. Neste trabalho realiza-se uma análise não linear estática e dinâmica detalhada de sistemas multiestáveis formados por duas unidades biestáveis abatidas, especificamente, duas treliças de von Mises ou dois arcos, conectados em ambos os casos por elementos rígidos ou flexíveis. Para isto, as equações não lineares de equilíbrio e de movimento são obtidas através do princípio da energia potencial estacionária e do princípio de Hamilton, respectivamente, considerando um material elástico linear. Utilizando algoritmos de continuação, os caminhos de equilíbrio são obtidos e a estabilidade analisada utilizando o princípio da energia potencial mínima. Múltiplos caminhos de equilíbrio são identificados, levando a múltiplas soluções coexistentes, estáveis e instáveis, e vales potenciais intimamente ligados às simetrias dos sistemas. O efeito das inevitáveis imperfeições iniciais é também esclarecido. As oscilações não lineares e as bifurcações dos sistemas sob carregamento harmônico são estudadas através de diagramas de bifurcação, mapas de Poincaré e bacias de atração. Estuda-se também o efeito do pré-carregamento estático na dinâmica global. Observam-se, em virtude de sequências de bifurcações emergindo de cada posição de equilíbrio estável, um elevado número de soluções coexistentes, periódicas e aperiódicas, levando a bacias de atração complexas e com amplas regiões fractais. Por um lado, estes cenários podem ser valiosos em diversas aplicações. Por outro, múltiplos atratores e suas bacias fractais podem levar à perda da estabilidade e integridade dinâmica. Desta forma, o conhecimento do comportamento estático e dinâmico não linear de sistemas multiestáveis é imprescindível em qualquer aplicação em engenharia. Como exemplo de aplicação, se utiliza um sistema formado por treliças de von Mises no processo de coleta de energia através de elementos piezoelétricos. O comportamento altamente não linear resulta em movimentos de grande amplitude para largas faixas de excitação, aumentando sua eficiência e aplicabilidade.