Dissertação

{en_GB=Layerwise electro-elastic user-defined elements in Abaqus for static and free vibration analysis of piezoelectric composite plates} {} CONFIRMED

{pt=O crescente desenvolvimento de métodos fiáveis de análise de estruturas piezoelétricas laminadas em compósito com atuação por piezoelétricos é motivado pela ampla aplicabilidade em engenharia aeroespacial, complementando a elevada resistência específica dos materiais compósitos com a capacidade de monitorização e atuação dos materiais piezoelétricos. Consequentemente, este trabalho apresenta um estudo computacional em análise estática e de vibrações livres com dois elementos finitos de placa electro-elásticos, implementados utilizando uma subroutina disponível para definir elementos próprios do utilizador (UEL), no software comercial Abaqus. Em ambos, uma descrição Layerwise para três lâminas discretas é utilizada para o campo de deslocamentos da teoria de primeira ordem de deformação por corte de placas laminadas, assim como uma expansão linear ou quadrática do potencial elétrico ao longo da direção transversal de cada camada, UEL1 e UEL2, respetivamente. Os modelos desenvolvidos são comparados com as soluções exatas tridimensionais, para o caso de placas simplesmente apoiadas, reportadas na literatura. Para tal consideram-se duas sequências de laminagem com diferentes materiais piezoelétricos nas faces das mesmas, desde o caso de placas finas, moderadamente espessas a espessas. A capacidade preditiva em resposta estática evidenciada pelos modelos é demonstrada pela concordância com as soluções exatas, nomeadamente ao nível de deslocamentos e potencial, assim como de tensões no plano para placas finas e moderadamente espessas. Em análise de vibrações livres, os doze primeiros modos e frequências de vibração previstas pelos modelos implementados revelam uma boa concordância com as soluções exatas, mesmo para placas mais espessas., en=The development of reliable methods for analysis of piezoelectric multilayered composite structures is motivated by a wide range of applications in aerospace engineering, combining high specific mechanical properties of composite materials, with monitoring and actuation capabilities of the piezoelectric materials. Consequently, this work presents a computational study in static and free vibration analysis, using two electro-elastic plate elements implemented in a user-defined element (UEL) subroutine available in Abaqus. On both of them, a Layerwise description for three discrete layers is used, assuming in each layer a first-order shear deformation displacement field, as well as a linear or quadratic z-expansion of the electric potential, respectively, UEL1 and UEL2. Furthermore, the models here developed are compared with three-dimensional exact solutions, available for the case of simply-supported plates reported in the literature. For this purpose, two multilayered plates with different piezoelectric materials in the face layers are considered, from the case of thin, moderately thick to thick plates. The models predictive capabilities in static response for the displacements, electric potential and in-plane stresses is demonstrated to be in agreement with the exact solutions for thin and moderately thick plates. In free vibration analysis, the first twelve vibration modes and frequencies predicted by the developed models, reveal a good accuracy of the models comparatively to the exact solutions, even for thicker plates.}
{pt=Placas piezoelétricas em compósito, Abaqus user-defined element, Teoria Layerwise, Teoria de primeira ordem, Modelação electro-elástica.  , en=Piezoelectric composite plates, Abaqus user-defined element, Layerwise theory, First-order theory, Electro-elastic modelling}

Janeiro 5, 2021, 14:30

Orientação

ORIENTADOR

Aurélio Lima Araújo

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Filipa Andreia De Matos Moleiro

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar