Desenvolvimento de um modelo eletromecânico para diafragmas piezelétricos utilizados em sistemas de monitoramento de integridade estrutural - Freitas, Everaldo Silva de (2018)
Os diafragmas piezelétricos são componentes eletrônicos de baixo custo utilizados em diversas aplicações. Seu uso mais comum é como transdutor de áudio e, nesse tipo de aplicação, é mais comumente conhecido como buzzer. Nos últimos anos, a utilização desses componentes em estudos científicos avançados tem aumentado bastante, e uma das áreas que tem merecido destaque é a dos sistemas de Monitoramento de Integridade Estrutural – Structural Health Monitoring (SHM) – baseados na técnica da impedância eletromecânica (E/M). Esse tipo de aplicação tem recebido uma atenção especial por se basear no uso de transdutores piezelétricos pequenos e leves minimamente invasivos à estrutura monitorada. Portanto, tomando como base o crescente interesse por esses componentes, é proposto neste estudo um circuito eletromecânico equivalente básico que relacione as propriedades elétricas dos diafragmas piezelétricos com as propriedades mecânicas da estrutura monitorada por meio da impedância elétrica. Essa relação é baseada no efeito piezelétrico, que proporciona um acoplamento eletromecânico com a estrutura monitorada e, portanto, permite avaliar as condições mecânicas da estrutura a partir das propriedades elétricas do transdutor. A estrutura utilizada no estudo foi uma barra de alumínio com dimensões de 500 mm x 38,10 mm x 3,18 mm, tipicamente utilizada em laboratórios, e diafragmas com espessuras da ordem de uma fração de milímetro. Nessas condições, o modo de vibração principal pode ser considerado na direção longitudinal da estrutura para uma suposição unidimensional, de forma que o diafragma piezelétrico pode ser representado como um hexapolo com três portas, sendo uma porta elétrica e duas portas acústicas, solução esta comumente usada na literatura. As sensibilidades aos danos estruturais foram teoricamente analisadas em três diafragmas de diferentes tamanhos utilizando o circuito equivalente proposto. Essas sensibilidades foram comparadas com a de uma cerâmica piezelétrica convencional, que é o transdutor comumente utilizado no método da impedância E/M. Além disso, testes experimentais foram realizados em barras de alumínio para validação do circuito equivalente. Pode-se concluir que há correspondência entre os resultados teóricos e experimentais, pois as sensibilidades dos transdutores em ambas as análises foram próximas com poucas variações.