Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2015 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15008 https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.455 |
Resumo: | Engineering composite structures containing piezoelectric elements coupled with the so-named shunt circuits, with the aim of passive vibration attenuation, are characterized by inherent uncertainties in their parameters, which can affect significantly performance of the passive shunt circuit. In this context, this work presents the stochastic finite element modeling of a composite structure containing piezoelectric element to be coupled with a shunt circuit, in such a way, that uncertain parameters such as the fiber s orientation, layer thicknesses and the resistance and inductance in the shunt circuit are assumed as uncertain variables and, their corresponding dispersion, is characterized in the stochastic response by propagating the uncertainties into the model. First, the deterministic electromechanical problem is modeled by combining the First-Order Shear Deformation Theory and the concept of Equivalent Single Layer, in order to approximate the mechanical displacement fields, with the so-called Layerwise Theory used to model the discrete electric fields within the composite element. In the sequence, the shunt circuits coupled to the piezoelectric element are introduced in the model. The deterministic finite element modeling procedure was performed taking into the parameterization process of the design variables of interest to be further assumed as random variables in a straightforward way. In the present stochastic finite element modeling procedure, the uncertain variables are modeled as Gaussian stochastic homogeneous fields and discretized according to the Karhunen-Loève expansion method, with the aim of generating the exact stochastic matrices. The obtained results, in terms of the envelopes of the frequency response functions for a composite beam incorporating piezoelectric material coupled with a shunt circuit, demonstrate the interest in considering the uncertainties in the preliminary design phase of the shunt circuits to control the undesired vibrations. |
id |
UFU_30b21432482a05ef00cf046eee8e154f |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:repositorio.ufu.br:123456789/15008 |
network_acronym_str |
UFU |
network_name_str |
Repositório Institucional da UFU |
repository_id_str |
|
spelling |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibraçõesStochastic modeling of composite structures incorporating shunt circuits for passive vibration controlModelagem estocásticaMateriais compósitosCircuitos shunt piezelétricosControle passivo de vibraçõesPropagação de incertezasVibraçãoMateriais compostosMétodo dos elementos finitosStochastic modelingComposite materialsPiezoelectric shunted circuitsPassive vibration controlUncertainty propagationCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICAEngineering composite structures containing piezoelectric elements coupled with the so-named shunt circuits, with the aim of passive vibration attenuation, are characterized by inherent uncertainties in their parameters, which can affect significantly performance of the passive shunt circuit. In this context, this work presents the stochastic finite element modeling of a composite structure containing piezoelectric element to be coupled with a shunt circuit, in such a way, that uncertain parameters such as the fiber s orientation, layer thicknesses and the resistance and inductance in the shunt circuit are assumed as uncertain variables and, their corresponding dispersion, is characterized in the stochastic response by propagating the uncertainties into the model. First, the deterministic electromechanical problem is modeled by combining the First-Order Shear Deformation Theory and the concept of Equivalent Single Layer, in order to approximate the mechanical displacement fields, with the so-called Layerwise Theory used to model the discrete electric fields within the composite element. In the sequence, the shunt circuits coupled to the piezoelectric element are introduced in the model. The deterministic finite element modeling procedure was performed taking into the parameterization process of the design variables of interest to be further assumed as random variables in a straightforward way. In the present stochastic finite element modeling procedure, the uncertain variables are modeled as Gaussian stochastic homogeneous fields and discretized according to the Karhunen-Loève expansion method, with the aim of generating the exact stochastic matrices. The obtained results, in terms of the envelopes of the frequency response functions for a composite beam incorporating piezoelectric material coupled with a shunt circuit, demonstrate the interest in considering the uncertainties in the preliminary design phase of the shunt circuits to control the undesired vibrations.Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas GeraisMestre em Engenharia MecânicaEstruturas compósitas em engenharia contendo elementos piezelétricos acoplados a circuitos elétricos shunt, para fins de atenuação passiva dos níveis de vibração, apresentam incertezas inerentes em seus parâmetros de projeto, as quais, podem afetar significativamente a eficiência dos circuitos elétricos passivos. Neste contexto, este trabalho apresenta a modelagem por elementos finitos estocásticos de uma estrutura em material compósito laminado contendo elemento piezelétrico acoplado a circuitos elétricos shunt, de modo que, parâmetros incertos, como direções das fibras, espessuras das camadas e a resistência e indutância do circuito shunt, são assumidos como sendo variáveis aleatórias e, a dispersão destas variáveis, é caracterizada nas respostas estocásticas obtidas após a propagação das incertezas no modelo. Desta forma, realiza-se em um primeiro momento a modelagem do problema eletromecânico determinístico. Para tal, há combinação das teorias de Deformação Cisalhante de Primeira Ordem e da Camada Equivalente Única para aproximação dos campos de deslocamentos mecânicos, com a Teoria Layerwise, que utiliza o conceito de Camadas Equivalentes Discretas na consideração dos campos elétricos, os quais, são assumidos discretos ao longo da espessura da estrutura do laminado. Na sequência, faz-se a inclusão dos circuitos elétricos shunt no modelo eletromecânico. A modelagem determinística é realizada de forma parametrizada para que se possa realizar a introdução a posteriori das incertezas no modelo de forma mais eficiente. Utilizando-se do Método dos Elementos Finitos Estocásticos, os parâmetros fatorados das matrizes e os elementos do circuito são considerados como variáveis aleatórias e modelados como campos homogêneos estocásticos gaussianos. Estes campos são então discretizados de acordo com o método de expansão em série de Karhunen-Loève, onde são geradas as matrizes estocásticas exatas do sistema eletromecânico via modificação do processo de integração pelas funções de covariância. Os resultados obtidos, em termos dos envelopes das respostas em frequência para uma viga compósita contendo um elemento piezelétrico acoplado ao circuito shunt, evidenciam a importância de se considerar as incertezas durante as fases de concepção inicial e/ou pré-projeto de sistemas dinâmicos incorporando circuitos shunt para o controle passivo de vibrações.Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEngenhariasUFULima, Antônio Marcos Gonçalves dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4766019D6Sanches, Leonardohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4352187H4Stoppa, Marcelo HenriqueRibeiro, Lorrane Pereira2016-06-22T18:41:08Z2016-04-062016-06-22T18:41:08Z2015-09-09info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfapplication/pdfRIBEIRO, Lorrane Pereira. Stochastic modeling of composite structures incorporating shunt circuits for passive vibration control. 2015. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.455https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15008https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.455porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2021-07-20T19:29:50Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/15008Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2021-07-20T19:29:50Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
dc.title.none.fl_str_mv |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações Stochastic modeling of composite structures incorporating shunt circuits for passive vibration control |
title |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações |
spellingShingle |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações Ribeiro, Lorrane Pereira Modelagem estocástica Materiais compósitos Circuitos shunt piezelétricos Controle passivo de vibrações Propagação de incertezas Vibração Materiais compostos Método dos elementos finitos Stochastic modeling Composite materials Piezoelectric shunted circuits Passive vibration control Uncertainty propagation CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
title_short |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações |
title_full |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações |
title_fullStr |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações |
title_full_unstemmed |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações |
title_sort |
Modelagem estocástica de estruturas compósitas incorporando circuitos Shunt para o controle passivo de vibrações |
author |
Ribeiro, Lorrane Pereira |
author_facet |
Ribeiro, Lorrane Pereira |
author_role |
author |
dc.contributor.none.fl_str_mv |
Lima, Antônio Marcos Gonçalves de http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4766019D6 Sanches, Leonardo http://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4352187H4 Stoppa, Marcelo Henrique |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Ribeiro, Lorrane Pereira |
dc.subject.por.fl_str_mv |
Modelagem estocástica Materiais compósitos Circuitos shunt piezelétricos Controle passivo de vibrações Propagação de incertezas Vibração Materiais compostos Método dos elementos finitos Stochastic modeling Composite materials Piezoelectric shunted circuits Passive vibration control Uncertainty propagation CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
topic |
Modelagem estocástica Materiais compósitos Circuitos shunt piezelétricos Controle passivo de vibrações Propagação de incertezas Vibração Materiais compostos Método dos elementos finitos Stochastic modeling Composite materials Piezoelectric shunted circuits Passive vibration control Uncertainty propagation CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
description |
Engineering composite structures containing piezoelectric elements coupled with the so-named shunt circuits, with the aim of passive vibration attenuation, are characterized by inherent uncertainties in their parameters, which can affect significantly performance of the passive shunt circuit. In this context, this work presents the stochastic finite element modeling of a composite structure containing piezoelectric element to be coupled with a shunt circuit, in such a way, that uncertain parameters such as the fiber s orientation, layer thicknesses and the resistance and inductance in the shunt circuit are assumed as uncertain variables and, their corresponding dispersion, is characterized in the stochastic response by propagating the uncertainties into the model. First, the deterministic electromechanical problem is modeled by combining the First-Order Shear Deformation Theory and the concept of Equivalent Single Layer, in order to approximate the mechanical displacement fields, with the so-called Layerwise Theory used to model the discrete electric fields within the composite element. In the sequence, the shunt circuits coupled to the piezoelectric element are introduced in the model. The deterministic finite element modeling procedure was performed taking into the parameterization process of the design variables of interest to be further assumed as random variables in a straightforward way. In the present stochastic finite element modeling procedure, the uncertain variables are modeled as Gaussian stochastic homogeneous fields and discretized according to the Karhunen-Loève expansion method, with the aim of generating the exact stochastic matrices. The obtained results, in terms of the envelopes of the frequency response functions for a composite beam incorporating piezoelectric material coupled with a shunt circuit, demonstrate the interest in considering the uncertainties in the preliminary design phase of the shunt circuits to control the undesired vibrations. |
publishDate |
2015 |
dc.date.none.fl_str_mv |
2015-09-09 2016-06-22T18:41:08Z 2016-04-06 2016-06-22T18:41:08Z |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
format |
masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
RIBEIRO, Lorrane Pereira. Stochastic modeling of composite structures incorporating shunt circuits for passive vibration control. 2015. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.455 https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15008 https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.455 |
identifier_str_mv |
RIBEIRO, Lorrane Pereira. Stochastic modeling of composite structures incorporating shunt circuits for passive vibration control. 2015. 121 f. Dissertação (Mestrado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2015. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.455 |
url |
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/15008 https://doi.org/10.14393/ufu.di.2015.455 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
por |
language |
por |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf application/pdf |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Uberlândia BR Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica Engenharias UFU |
publisher.none.fl_str_mv |
Universidade Federal de Uberlândia BR Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica Engenharias UFU |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Institucional da UFU instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU) instacron:UFU |
instname_str |
Universidade Federal de Uberlândia (UFU) |
instacron_str |
UFU |
institution |
UFU |
reponame_str |
Repositório Institucional da UFU |
collection |
Repositório Institucional da UFU |
repository.name.fl_str_mv |
Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU) |
repository.mail.fl_str_mv |
diinf@dirbi.ufu.br |
_version_ |
1813711325157654528 |