Modelagem e análise paramétrica e de interface de MFC-D33 transdutores piezelétricos - Silva, Matheus Rodrigues (2021)
As estruturas inteligentes tem despertado a atenção de vários pesquisadores ao redor do mundo devido a suas inúmeras aplicações e potencialidades como, por exemplo, o monitoramento da integridade estrutural, a supressão de vibração e ruído, o controle de forma e a detecção de dano em compósitos. O desenvolvimento dessas estruturas está intimamente ligado aos avanços dos sensores e atuadores piezoelétricos. Uma das opções mais utilizadas são os Macro Fiber Composites (MFC’s), que são transdutores piezelétricos constituídos por camadas protetivas de kapton, por uma camada ativa de fibra piezelétrica e matriz e por eletrodos de cobre. Os dois principais tipos disponíveis são os efeitosd33ed31. Visto que esses transdutores desempenham um papel fundamental no avanço da tecnologia das estruturas inteligentes, torna-se indispensável a investigação dos componentes da sua microestrutura. Assim, neste trabalho realizou-se uma análise paramétrica para avaliar a influência que cada um dos componentes exerce sobre os coeficientes efetivos da matriz constitutiva do compósito piezelétrico MFCd33. Os parâmetros investigados foram a espessura das camadas protetivas, a largura e a espessura dos eletrodos. Além disso, analisou-se o efeito de uma imperfeição entre os microconstituintes fibra e matriz do MFC. O modelo simula os efeitos da adesão imperfeita através da degradação de uma terceira fase muito fina (interfase) adicionada entre a fibra e a matriz. Utilizou-se o Método dos Elementos Finitos (MEF) aliado aos conceitos de Volume Elementar Representativo (VER) e homogeneização de um meio periódico para encontrar os coeficientes efetivos do transdutor. O trabalho apresentou em detalhes a metodologia computacional aplicada. As análises mostraram que o aumento das espessuras das camadas protetivas produzem um decaimento nas propriedades efetivas do MFC. Já a diminuição na lagura e na espessura dos eletrodos geram melhores condições de acoplamento piezoelétrico. Desse modo, através dos resultados obtidos foi possível identificar melhores combinações geométricas para os componentes do transdutor, de modo que foram encontradas melhores propriedades mecânicas e elétricas.