Modelos espectrais de estruturas Honeycomb acopladas a piezoelétricos com circuito shunt para controle e atenuação de vibrações

Abstract

A utilização de metaestruturas combinadas com funcionalidades de materiais inteligentes possibilita a inovação de materiais funcionais, da classe de metamateriais inteligentes e metaestruturas inteligentes. Algumas dessas metaestruturas utilizam materiais piezoelétricos (PZT) que, por meio da adição de circuitos com configurações distintas, conseguem modificar as propriedades de rigidez e amortecimento da estrutura. Em geral, os controles passivos de PZT com circuitos shunt são realizados utilizando topografias de circuitos passivos compostos por elementos capacitivos, indutivos e resistivos. Diversas configurações estão disponíveis, e cada tipo de circuito shunt pode influenciar o comportamento das vibrações e propagações de onda de uma estrutura de forma específica. Baseado nesses conceitos, este trabalho explora a aplicação de tal controle em três metaestruturas, um viga, uma célula hexagonal e uma placa honeycomb. Essas estruturas estão equipadas com camadas de PZTs contendo circuitos shunt em configurações resistivas (R), indutivas (L), capacitivas (C), indutivo-capacitivas (LC), resistivo-indutivas (RL), resistivo-indutivo-capacitivas (RLC), multi-impedâncias (multishunt) e arco-íris (Rainbow ou graded). Para a modelagem matemática e analítica dessas metaestruturas foi utilizado o Método do Elemento Espectral (MEE). Com esses modelos espectrais, foram extraídas as Funções de Respostas em Frequência (FRF) das metaestruturas para apresentação de uma análise dinâmica dos sistemas estudados. Os resultados mostram que a formulação espectral adotada e a implementação de controle passivo utilizando circuitos shunt são adequadas para viabilizar projetos de controle de vibrações em metaestruturas. O controle das estruturas se mostraram eficazes para atenuação e mitigação de vibrações nas faixas de frequências de projeto.