MODELAGEM E VALIDAÇÃO EXPERIMENTAL DE TRANSDUTORES PIEZELÉTRICOS

Odair Antonio Nunes Junior¹; Domingos Alves Rade¹

¹ Faculdade de Engenharia Mecânica - Universidade Federal de Uberlândia.

Resumo

A incorporação de materiais piezelétricos como sensores e/ou atuadores em estruturas mecânicas tem despertado grande interesse e intensa investigação matemática e experimental é fundamental para a correta aplicação e utilização desta tecnologia. Neste contexto, o trabalho tem como objetivo a modelagem e validação experimental de dispositivos piezelétricos. As análises numéricas são desenvolvidas com o software de elementos finitos ANSYS e os resultados comparados com as verificações experimentais. O material analisado é uma cerâmica da classe de simetria hexagonal da família 6 mm, como os diversos tipos de PZT, neste caso, uma piezocerâmica PZT-5A no formato de um disco de 30 mm de diâmetro e 2 mm de espessura. Na abordagem experimental é utilizado um analisador de impedância modelo HP4194A, pois este equipamento permite a determinação das freqüências de ressonância com maior precisão. O trabalho propõe ainda um método para determinação do coeficiente de amortecimento de cerâmicas piezelétricas utilizando este analisador de impedâncias complexas, conectado a um microcomputador via protocolo GPIB (General Purpose Interface Bus). O coeficiente de amortecimento é obtido utilizando técnicas elétricas, numéricas e experimentais. Através da análise elétrica da impedância e admitância elétrica é possível calcular diretamente o amortecimento da cerâmica piezelétrica, através do fator de qualidade mecânico, que está relacionado com perdas mecânicas, dissipação de energia sob forma de calor, etc. As análises numéricas são utilizadas para a comparação com os resultados experimentais e posterior validação do modelo de elementos finitos.

Palavras-chave: Análise Numérica; Testes Experimentais; Transdutores Piezelétricos; Impedância Elétrica; Coeficiente de Amortecimento