Análisis de respuesta en frecuencia de un dispositivo piezo-actuado para la identificación de variaciones estructurales de su soporte

Abstract

Este trabajo presenta el desarrollo y evaluación de un dispositivo piezo actuado que tiene como objetivo una aplicación de monitoreo estructural basada en las condiciones de vibración del mismo. Para esto, se describió un proceso de diseño que consideró las condiciones estáticas parametrizadas por medio de un análisis de elementos finitos (FEA). Adicional a esto, un análisis armónico (1 kHz hasta 50 kHz) fue llevado a cabo por FEA para la evaluación dinámica del piezo dispositivo. Los resultados muestran la sensibilidad de este en todo el espectro de frecuencia frente a los cambios de la interface de acoplamiento (elemento cónico y diente); sin embargo, los cambios elásticos (módulo de Young) del sustrato solo perturbaron un intervalo de frecuencia reducido. En ese intervalo, el análisis evidenció que cuando el sustrato incrementa su módulo de Young, los desplazamientos del dispositivo son mayores, esto es debido a que el sustrato limita el movimiento en el punto de anclaje cuando es más rígido. Para verificar las simulaciones, experimentos dinámicos fueron propuestos con sustratos de diferentes materiales (Aluminio, bronce y acero). Los resultados revelaron los efectos elásticos del sustrato sobre la condición de vibración del dispositivo, ya que en los intervalos de frecuencia definidos entre 0 y 100 Hz; 3 kHz y 11 kHz; las velocidades modificaron la forma de vibrar del dispositivo lo cual significa un cambio de su estado vibratorio. Este resultado concluye que el dispositivo puede ser usado como instrumento de monitoreo estructural, ya que demostró la capacidad de capturar los cambios elásticos en su condición vibratoria.