Evaluación de actuadores piezoeléctricos de bajo costo como fuente de excitación para aplicaciones de análisis modal

Luis Gerardo Trujillo Franco; Oscar Alejandro García Pérez; Hugo Francisco Abundis Fong; Jaime González Sierra; Josué Daniel Rivera Fernández

Autores/as

Luis Gerardo Trujillo Franco Instituto Politécnico Nacional https://orcid.org/0000-0002-3798-0204
Oscar Alejandro García Pérez Universidad Aeronáutica en Querétaro https://orcid.org/0000-0002-2325-8579
Hugo Francisco Abundis Fong Tecnológico Nacional de México https://orcid.org/0000-0001-6371-3145
Jaime González Sierra Instituto Politécnico Nacional https://orcid.org/0000-0001-9141-0061
Josué Daniel Rivera Fernández Instituto Politécnico Nacional https://orcid.org/0000-0003-2967-6736

Palabras clave:

Modelo modal de sistemas, Análisis modal experimental, Transductores piezoeléctricos

Resumen

Los transductores construidos con materiales piezoeléctricos son de especial utilidad en el campo del análisis de vibraciones, principalmente debido a su capacidad de funcionar tanto como actuadores electromecánicos como sensores de esfuerzo mecánico. Esta doble funcionalidad se debe a la naturaleza recíproca del fenómeno físico que los rige, el cual consiste en la conversión de esfuerzo mecánico en potencial eléctrico y de potencial eléctrico en deformación mecánica. Ambas aplicaciones presentan una naturaleza bipolar en los sistemas electrónicos y bidireccional en las aplicaciones mecánicas. Actualmente, es común encontrar dispositivos basados en materiales piezoeléctricos en la electrónica de consumo, como actuadores de vibración en teléfonos celulares y tabletas, utilizados con fines de retroalimentación háptica y acústica. El presente trabajo aborda el uso de actuadores acústicos de bajo costo como transductores generadores de excitación electromecánica para aplicaciones de análisis modal, aplicado a estructuras ligeramente amortiguadas, así como la evaluación de diferentes señales de excitación para la determinación experimental de frecuencias naturales o resonancias. Los actuadores piezoeléctricos evaluados mostraron un desempeño notable al reproducir fielmente señales de excitación de distintas naturalezas y anchos de banda, lo que permite considerar su uso en aplicaciones de análisis modal experimental no invasivo o que involucren fuerzas de baja amplitud, dada su excelente relación costo-beneficio.

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