2024

Estruturas e Materiais Inteligentes

Nome: Estruturas e Materiais Inteligentes
Cód.: EME13156D
6 ECTS
Duração: 15 semanas/156 horas
Área Científica: Engenharia Mecatrónica

Língua(s) de lecionação: Português
Língua(s) de apoio tutorial: Português

Objetivos de Desenvolvimento Sustentável

Objetivos de Aprendizagem

As estruturas activas ou adaptáveis incluem na sua constituição materias activos (piezoeléctricos, SMA, etc.) funcionando como sensores e actuadores. A utilização de um sistema de controlo permite adequar as suas características de resposta face às solicitações a que são submetidas.
Objectivos
1. Pretende transmitir-se uma visão global dos desenvolvimentos mais recentes na área das estruturas e materiais activos e suas potencialidades.
2. Proporcionar os conhecimentos e ferramentas essenciais para modelar, analisar e projectar estruturas adaptáveis.

Competências a desenvolver:
(a) conhecer o comportamento dos materiais activos e seus modelos constitutivos;
(b) elaborar modelos para a análise computacional de materiais e estruturas activas;
(c) utilizar software de análise e projecto;
(d) identificar novas oportunidades nesta área emergente;
(e) adquirir independência na consulta e pesquisa de literatura científica.

Conteúdos Programáticos

1. Materiais e estruturas activas e seus exemplos de aplicação em vários domínios. Piezoeléctricos, SMA (shape memory alloys), polímeros electroactivos, fluidos electro-reológicos e magneto-reológicos, biomimética.
2. Revisões de Mecânica dos meios contínuos e comportamento constitutivo.
3. Materiais activos electromagnéticos. Ferroelectricidade, piezoelectricidade, electrostricção, magnetostrição, electro-reologia. Leis constitutivas.
4. Ligas com memória de forma (SMA). Lei constitutiva.
5. Materiais feitos à medida da aplicação. Materiais compósitos. Benefícios da anisotropia do material.
6. Modelos de elementos finitos e análise em múltiplas escalas de materiais compósitos activos.
7. Projecto de componentes estruturais e mecanismos activos. Controlo activo e passivo. Critérios e modos de falha.
8. Noções de fabrico.

Métodos de Ensino

Leccionação semanal de uma aula teórica de 2h ou orientação de estudo, tendo cada aluno de responsabilizar-se pelo estudo da bibliografia indicada pelo docente.
A avaliação consiste num trabalho prático [TP] podendo envolver parte experimental, e um projecto [P], ambos com discussão final. Estes elementos são avaliados no intervalo [0, 20].
A nota final [NF] é obtida por :
NF = 0.5 * TP + 0.5 * P;
O estudante é aprovado se NF>= 9.5.

Bibliografia

* Relevant and recent articles on the subject.
* Active Origami - Modeling, Design, and Applications (2019) E. A. P. Hernandez, D. J. Hartl, D. C. Lagoudas, Springer.
* Shape-memory Alloys Handbook (2013) C. Lexcellent, ISTE and John Wiley & Sons.
* Advanced piezoelectric materials - Science and technology (2010) K. Uchino ed., Woodhead Publishing.
* Mechanics of Laminated Composite Plates and Shells – Theory and Analysis (2003) J. N. Reddy, CRC Press.
* An Introduction to Computational Micromechanics (2008) T. I. Zohdi, P. Wriggers, Springer.
* Continuum Mechanics of Electromagnetic solids (1988) G. A. Maugin, North-Holland series in Applied Mathematics and Mechanics.
* Experimental Characterization of Advanced Composites Materials (2003) D. F. Adams, L. A. Carlsson and R. B. Pipes, CRC Press, Boca Raton, USA.
* Vibration Control of Active Structures (2002) A. Preumont, Kluwer Academic Publishers.