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Título: Análise numérica e experimental de estruturas utilizando pastilhas piezoelétricas
Autor(es): Santos, Fernando Henrique Tanaka
Orientador(es): Borges, Adailton Silva
Palavras-chave: Piezoeletricidade
Análise modal
Método dos elementos finitos
Piezoelectricity
Modal analysis
Finite element method
Data do documento: 8-Jun-2016
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Cornelio Procopio
Referência: SANTOS, Fernando Henrique Tanaka. Análise numérica e experimental de estruturas utilizando pastilhas piezoelétricas. 2016. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Cornélio Procópio, 2016.
Resumo: O presente trabalho propõe realizar um estudo de um material piezoelétrico acoplado a uma chapa metálica como sensor e como atuador. O material piezoelétrico utilizado é o titanato zirconato de chumbo, conhecido como PZT. Para realizar este estudo são necessários conceitos de vibrações mecânicas, piezoeletricidade, análise modal e simulação computacional através do método de elementos finitos. Para realizar o estudo do comportamento atuador e sensor da pastilha piezoelétrica é necessário conhecer as frequências naturais do sistema. As frequências são obtidas através de uma análise modal utilizando de um software de análise por elementos finitos. Conhecidas as frequências naturais um experimento utilizando um sistema de aquisição de dados, acelerômetros e um martelo instrumentado é realizado para validar a modelagem por software. Uma metodologia experimental foi desenvolvida para analisar as capacidades sensoriais da pastilha piezoelétrica atuando de forma análoga a um acelerômetro. E por fim foi desenvolvida uma metodologia experimental para o estudo das capacidade atuadoras da pastilha piezoelétrica utilizando-a de forma análoga a um shaker.
Abstract: This work proposes the study of a piezoelectric material attached to a metallic plate as both sensor and actuator. The piezoelectric material used is the lead zieconate titanate, known as PZT. To accomplish this study, concepts of mechanical vibrations, piezoelectricity, modal analysis and computer simulation through finite element method are needed. To accomplish the study of the behavior of the piezoelectric wafer as both sensor and actuator, the natural frequencies of the system are needed. The natural frequencies are obtained through a modal analysis using a software of finite element analisys. With the frequencies known, an experiment using a data acquisition system, accelerometers and an impact hammer is made to validate the modeling made using software. An experimental methodology was developed to analyze the sensor properties of the piezoelectric wafer, acting in a similar fashion of an accelerometer. And finally, an experimental methodology was developed to study the actuator properties of the piezoelectric wafer using it analogously as a shaker.
URI: http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/12576
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