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Authors
Abstract(s)
The use of morphing to achieve performance improvements in mobility is widely employed in nature, primarily to optimize the interactions of flying or swimming animals
with their environment. This type of adaptive capability has long been targeted in aerospace
applications, where constantly changing conditions challenge the multiple design solutions that are suitable only for a specific set of conditions. Despite the need and demand
for a solution that can adapt to these changing conditions with significantly different geometries, not many have been developed yet, especially ones that do not require mechanical drive systems, joining interfaces, and openings that compromise aerodynamic performance.
The present dissertation aims to study the use of magnetic elastomers to achieve desired
morphing capabilities for aerospace applications. The study process used to achieve the
goal of producing soft magnetic actuators involved various stages, starting with the analysis of the state of the art in aerospace applications.
Subsequently, the production of simple elastomers was studied and optimized, taking into
account the addition of magnetic particles to impart magnetic properties to the elastomer.
Various types of permanent magnetization processes and particle percentages were then
tested to clarify their influence on actuation capability and mechanical properties. After refining the production of soft magnetic elastomers, they were reinforced with natural
(flax) and synthetic (glass) fibers and tested again for actuation capability and mechanical
properties, achieving a tensile strength about 34 times higher while maintaining deformation for actuation.
One promising application was the use of alternating magnetic fields to achieve continuous oscillatory motion of the actuator, capable of mimicking the movement of a flapping
wing in nature. This concept proved successful and could pave the way for more ambitious
future applications. Other promising concepts, such as vibration dampers or actuators,
were briefly explored as well.
O uso de morphing para alcançar melhorias no desempenho da mobilidade é amplamente utilizado na natureza, principalmente para otimizar as interações de animais voadores ou nadadores com o seu ambiente. Esse tipo de capacidade de ajuste tem sido há muito tempo visado em aplicações aeroespaciais, onde as condições em constante mudança desafiam as múltiplas soluções de design que são adequadas apenas para um conjunto de condições. Apesar da necessidade e procura por uma solução que se possa adaptar a essas condições mutáveis com geometrias significativamente diferentes, não foram ainda desenvolvidas muitas, especialmente tais que não exijam sistemas de acionamento mecânico, interfaces de união e abertura que diminuam o desempenho aerodinâmico. A presente dissertação tem como objetivo estudar o uso de elastómeros magnéticos para alcançar as capacidades de morphing desejadas para aplicações aeroespaciais. O processo de estudo utilizado para atingir o objetivo de produzir atuadores magnéticos soft envolveu diferentes etapas iniciando-se na análise do estado da arte em aplicações aeroespaciais. Em seguida, a produção de elastómeros simples foi estudada e otimizada levando em consideração a adição de partículas magnéticas para fornecer as propriedades magnéticas ao elastómero. Posteriormente, foram testados diversos tipos de processos de magnetização permanente e percentagens de partículas para esclarecer sua influência na capacidade de atuação e nas propriedades mecânicas. Após refinar a produção de elastómeros magnéticos soft, estes foram reforçados com fibras naturais (linho) e sintéticas (vidro) e novamente testados quanto à capacidade de atuação e propriedades mecânicas, obtendo-se tensão de tração cerca de 34 vezes superior mantendo a deformação para atuação. Uma das aplicações promissoras foi o uso de campos magnéticos alternados para obter um movimento oscilatório contínuo do atuador, capaz de imitar o movimento de uma asa batedora na natureza. Esse conceito mostrou-se bem-sucedido e pode abrir caminho para futuras aplicações mais ousadas. Outros conceitos promissores foram brevemente explorados, como amortecedores de vibração ou atuadores.
O uso de morphing para alcançar melhorias no desempenho da mobilidade é amplamente utilizado na natureza, principalmente para otimizar as interações de animais voadores ou nadadores com o seu ambiente. Esse tipo de capacidade de ajuste tem sido há muito tempo visado em aplicações aeroespaciais, onde as condições em constante mudança desafiam as múltiplas soluções de design que são adequadas apenas para um conjunto de condições. Apesar da necessidade e procura por uma solução que se possa adaptar a essas condições mutáveis com geometrias significativamente diferentes, não foram ainda desenvolvidas muitas, especialmente tais que não exijam sistemas de acionamento mecânico, interfaces de união e abertura que diminuam o desempenho aerodinâmico. A presente dissertação tem como objetivo estudar o uso de elastómeros magnéticos para alcançar as capacidades de morphing desejadas para aplicações aeroespaciais. O processo de estudo utilizado para atingir o objetivo de produzir atuadores magnéticos soft envolveu diferentes etapas iniciando-se na análise do estado da arte em aplicações aeroespaciais. Em seguida, a produção de elastómeros simples foi estudada e otimizada levando em consideração a adição de partículas magnéticas para fornecer as propriedades magnéticas ao elastómero. Posteriormente, foram testados diversos tipos de processos de magnetização permanente e percentagens de partículas para esclarecer sua influência na capacidade de atuação e nas propriedades mecânicas. Após refinar a produção de elastómeros magnéticos soft, estes foram reforçados com fibras naturais (linho) e sintéticas (vidro) e novamente testados quanto à capacidade de atuação e propriedades mecânicas, obtendo-se tensão de tração cerca de 34 vezes superior mantendo a deformação para atuação. Uma das aplicações promissoras foi o uso de campos magnéticos alternados para obter um movimento oscilatório contínuo do atuador, capaz de imitar o movimento de uma asa batedora na natureza. Esse conceito mostrou-se bem-sucedido e pode abrir caminho para futuras aplicações mais ousadas. Outros conceitos promissores foram brevemente explorados, como amortecedores de vibração ou atuadores.
Description
Keywords
Atuadores Magnéticos Soft Biomimética Morphing Polímeros Magneto-Ativos Reforço
Estrutural