Dissertação
{pt_PT=Projeto Ótimo em Transformadores/Recoletores de Energia Ambiente para Aplicações de Pequenas Dimensões} {} EVALUATED
{pt=A recoleção de energia através do uso da piezoeletricidade deixou de ser uma fonte energética considerada pouco confiável e associada a valores de potência reduzidos. Na última década, o desenvolvimento tecnológico dos recoletores piezoelétricos permitiu simultaneamente uma redução considerável do seu custo de produção e a melhoria do seu desempenho, tornando-os uma solução promissora para o futuro do consumo energético mundial. O foco principal desta tese incide na otimização material e estrutural de recoletores de energia do tipo membrana ou placa circulares. Considera-se a membrana em circuito aberto, sendo o objetivo a maximização do valor absoluto da diferença de potencial elétrico, via otimização. Para este efeito, foi desenvolvido um modelo computacional de otimização no Matlab, implementando-se o método dos elementos finitos no Abaqus, de modo a analisar o recoletor e o desempenho do mesmo. Este modelo computacional envolve a programação dos scripts necessários à comunicação automática entre o código desenvolvido em Matlab e o programa Abaqus, de forma a acomodar a natureza iterativa do problema de otimização. Testaram-se dois algoritmos de otimização diferentes neste ambiente, Simulated Annealing e Pattern Search, ambos incluídos na toolbox do Matlab. Consideraram-se também dois casos de estudo distintos, tratando-se o material piezoelétrico como inicialmente monocristalino e, posteriormente, policristalino. No primeiro caso as variáveis de projeto dizem respeito à orientação monocristalina do material, utilizando-se também um parâmetro geométrico. Para o segundo caso, introduziram-se ao problema de otimização variáveis probabilísticas, assim como um código de elementos finitos adicional que trata a homogeneização assintótica do material policristalino., en=For the past decade, piezoelectric energy harvesting has come a long way from being an unreliable power source, often associated with low power outputs. Progressive technological advances have allowed energy harvesters to improve significantly, becoming more efficient and cost effective, thus making them a serious and promising solution for the future of global power demand. The main focus of this thesis concerns the material and structural optimization of circular membrane/plate energy harvesting devices. This plate is analyzed in an open circuit, in order to maximize the absolute value of the output electrical potential, via optimization. To this end, a computational optimization model was developed in Matlab, using a structural finite element model defined in Abaqus to conduct a structural analysis of the performance of the harvester. This computational model involves the programming of the necessary scripts to allow the automatic communication of the Matlab code and Abaqus program, in order to accommodate the iterative nature of the optimization problem. Two distinct optimization algorithms were tested: Simulated Annealing and Pattern Search, both included in the standard Matlab toolbox. Furthermore, two separate case studies were carried out, concerning the modelling of the piezoelectric material. The material structure was modeled both as a single crystal and as a policrystal. In the former case, the design variables concern the single crystal orientation and also a geometry parameter. For the polycrystalline case, probabilistic variables were introduced in the optimization model and an additional finite element code for the asymptotic homogenization of the policrystal was used.}
maio 23, 2016, 10:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
José Arnaldo Pereira Leite Miranda Guedes
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Associado
