Modelagem de um Transdutor Modelagem de um Transdutor Piezelétrico de Potência Utilizando o Piezelétrico de Potência Utilizando o

Método de Elementos FinitosMétodo de Elementos Finitos

Aluno: João Batista da SilvaAluno: João Batista da Silva

Orientador: Prof. Dr. Julio Cezar Orientador: Prof. Dr. Julio Cezar AdamowskiAdamowski

ResumoResumo

O objetivo desse trabalho de mestrado é o desenvolvimento de um transdutor piezelétrico de potência acoplado a um sonotrodoatravés de um amplificador mecânico, para aplicação em máquinas de corte e soldagem de tecidos sintéticos.

Um modelo em elementos finitos do transdutor para operação em 20 kHz é apresentado. Neste modelo foram realizadas análises harmônicas usando-se modelos axi-simétricos, os resultados das simulações foram comparados com resultados resultados experimentais obtidos através de um analisador de impedância.

Sonotrodo

A

A

CORTE AA

Tecido

Parafuso Prisioneiro

Amplificador Mecânico

Parafuso Prisioneiro

CerâmicasEletrodos

Arruela

Parafuso dePré-tensionamento

Transdutor

Cilindro

Sentido de Rotação

Processo de Corte e Soldagem de Tecidos Processo de Corte e Soldagem de Tecidos Sintéticos por UltraSintéticos por Ultra--som som

Transdutores Piezelétricos do tipo SanduícheTransdutores Piezelétricos do tipo Sanduíche

tensão V

eletrodos

ligações elétricas

parafuso de pré-tensionamento

cerâmicas

massa de metal massa de metal

porca

meio comprimento de onda

isolante

Sistema para Verificação Experimental do Sistema para Verificação Experimental do Torque de Aperto dos TransdutoresTorque de Aperto dos Transdutores

Modelagem do Transdutor de Potência e do Modelagem do Transdutor de Potência e do Amplificador Mecânico Amplificador Mecânico

Métodos de Solução:Métodos de Solução:

Método das Matrizes em Cadeia (MMC);Método das Matrizes em Cadeia (MMC);

Método dos Elementos Finitos, (MEF);Método dos Elementos Finitos, (MEF);

Neste trabalho, as análises numéricas do transdutor estão Neste trabalho, as análises numéricas do transdutor estão sendo realizadas usando o MEF;sendo realizadas usando o MEF;

As simulações são realizadas em duas dimensões através As simulações são realizadas em duas dimensões através de modelos de modelos axiaxi--simétricos; simétricos;

Modelagem do Transdutor de PotênciaModelagem do Transdutor de Potência

Transdutor sem parafuso e sem placas (Modelo1)

Modelagem do Transdutor de PotênciaModelagem do Transdutor de Potência

Transdutor com parafuso e sem placas (Modelo 2)

Modelagem do Transdutor de PotênciaModelagem do Transdutor de Potência

Transdutor com parafuso e com placas (Modelo 3)

ResultadosResultados

Modelo do Transdutor sem parafuso e sem placas (1).

Fr = 20.444 kHz ; Z = 8Ω ;

Far = 21.951 kHz ; Z = 31.6 kΩ ;

Kp = 0.36

ResultadosResultados

Modelo do Transdutor com parafuso e sem placas (2).

Fr = 20.660 kHz ; Z = 19.5Ω ;

Far = 22.152 kHz ; Z = 17.8 kΩ ;

Kp = 0.36

ResultadosResultados

Modelo do Transdutor com parafuso e com placas (3).

Fr = 20.645 kHz ; Z = 23Ω ;

Far = 22.058 kHz ; Z = 20.2 kΩ ;

Kp = 0.35

ResultadosResultados

Experimental (5)

Fr = 20.204 kHz ; Z = 15Ω ;

Far = 21.504 kHz ; Z = 31 kΩ ;

Kp = 0.34

ResultadosResultados

0.380.389921.42521.42519.81219.812Experimental 4Experimental 4

0.360.3625.525.521.52821.52820.11020.110Experimental 3Experimental 3

0.390.39161621.40621.40619.75019.750Experimental 2Experimental 2

0.360.3626.426.421.24421.24419.81219.812Experimental 1Experimental 1

0.350.35232322.05822.05820.64520.645Modelo 3Modelo 3

0.360.3617.817.822.15222.15220.66020.660Modelo 2Modelo 2

0.360.368821.95121.95120.44420.444Modelo 1Modelo 1

kkppZ(Z(ΩΩ))FFar ar (kHz)(kHz)FFr r (kHz)(kHz)TransdutorTransdutor

0.340.34151521.50421.50420.20420.204Experimental 5Experimental 5

ConclusõesConclusões

Os resultados das simulações mostram pequenas variações Os resultados das simulações mostram pequenas variações nas freqüências de ressonância e antinas freqüências de ressonância e anti --ressonância com a ressonância com a introdução de elementos como o parafuso e a arruela;introdução de elementos como o parafuso e a arruela;

O comportamento vibracional do transdutor depende da O comportamento vibracional do transdutor depende da prépré--tensão aplicada às cerâmicas;tensão aplicada às cerâmicas;

Os resultados experimentais mostram freqüências Os resultados experimentais mostram freqüências ligeiramente menores que os resultados das simulações, o ligeiramente menores que os resultados das simulações, o que é esperado, pois os modelos são mais rígidos do que os que é esperado, pois os modelos são mais rígidos do que os protótipos devido à forma de modelagem, que considera protótipos devido à forma de modelagem, que considera vínculos rígidos entre as cerâmicas e as peças metálicas; vínculos rígidos entre as cerâmicas e as peças metálicas;