Diseño de metaestructura piezoeléctrica curva : desarrollo del modelo numérico y estudio dinámico

Los grandes avances de la ciencia y tecnología de la última década han permitido en la actualidad concebir distintos tipos de materiales y estructuras que a finales del siglo XX pertenecían únicamente al campo de posibilidades hipotéticas. Estas nuevas técnicas de manufactura han logrado que se reto...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor principal: Di Giorgio, Lucas Emanuel
Otros Autores: Piovan, Marcelo Tulio
Formato: Tesis doctoral acceptedVersion
Lenguaje:Español
Publicado: 2021
Materias:
Piezoeléctrico
Metaestructura
FEM
Acceso en línea:http://hdl.handle.net/20.500.12272/5043
Aporte de:
RIA - Repositorio Institucional Abierto (UTN) de Universidad Tecnológica Nacional
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description Los grandes avances de la ciencia y tecnología de la última década han permitido en la actualidad concebir distintos tipos de materiales y estructuras que a finales del siglo XX pertenecían únicamente al campo de posibilidades hipotéticas. Estas nuevas técnicas de manufactura han logrado que se retomasen estudios estructurales teóricos muy importantes del pasado, los cuales fueron discontinuados en su momento por la imposibilidad de implementación práctica. Este es el caso de las estructuras periódicas, las cuales lograron evolucionar en un tipo de estructura inteligente mediante el uso de elementos resonantes en su constitución. Estas nuevas estructuras se conocen hoy como metaestructuras, y han revolucionado el campo de la mecánica y acústica por su capacidad de absorber determinadas vibraciones de manera selectiva. Asimismo, dichos avances en la manufactura permiten trabajar con cerámicas piezoeléctricas en distintas topologías capaces de recrear la dinámica de una estructura resonante mecánica pura, pero de pequeñas dimensiones. De lo anterior surge la posibilidad de diseñar una metaestructura de pequeñas dimensiones basada en resonadores piezoeléctricos, la cual pueda ser utilizada como un dispositivo de absorción de vibraciones mecánicas, o como sensor y/o actuador dentro de un sistema de control, entre las posibles aplicaciones prácticas. El propósito de este trabajo es el diseño de una nueva metaestructura electromecánica basada en piezoeléctricos y el desarrollo de un modelo computacional que permita el estudio de su comportamiento dinámico de manera precisa, considerando sus dimensiones reales y con un bajo costo computacional. El modelo debe contar con la capacidad de representar la curvatura de la estructura, de radio constante y en dos posibles planos geométricos (que contiene el caso de viga recta como caso particular). Este modelo además, debe permitir utilizar Materiales Graduados Funcionales como soporte de los piezoeléctricos, y lograr representar desplazamientos en las tres dimensiones espaciales. Una vez desarrollado el modelo, se realizan inicialmente distintos tipos de estudios dinámicos determinísticos con el fin de analizar las características que la estructura posee, y luego una serie de estudios estadísticos paramétricos que permitan evaluar la propagación de incertidumbre de los parámetros más importantes del modelo hacia la dinámica del mismo. Finalmente, como parte del diseño de esta metaestructura, se realiza un estudio de optimización paramétrica considerando la geometría de la misma.
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