Arranjos de atuadores piezoelétricos de pilha para excitar estruturas

Abstract

Este trabalho investiga a aplicação de arranjos de atuadores piezoelétricos de pilha para excitação controlada de estruturas mecânicas. Utilizando sinais chirp para modular a voltagem aplicada aos atuadores, a força de saída é calculada e, em seguida, esta é aplicada a um sistema massa-mola-amortecedor, representativo do comportamento dinâmico de estruturas diversas, como trilhos ferroviários, por exemplo. O modelo do atuador piezoelétrico é desenvolvido considerando características físicas e elétricas específicas. A resposta do sistema é analisada através da integração numérica no espaço de estados, utilizando o método de Runge-Kutta de Quarta Ordem. Os resultados contribuem para se compreender a influência da configuração do arranjo do atuador para aumentar a eficiência na excitação das estruturas desejadas, considerando aspectos como a amplitude do sinal, o deslocamento e a estabilidade do sistema.

This study investigates the application of stack piezoelectric actuator arrangements for controlled excitation of dynamic structures. Chirp signals are used to modulate the voltage applied to the actuators, and its output force is applied to a mass-spring-damper system, representative of the dynamic behavior of different structures, such as railway tracks, for example. The piezoelectric actuator model is developed considering specific physical and electrical characteristics. The system’s response is evaluated through numerical integration using the state space representation and the Fourth-Order Runge-Kutta method. The results contribute to understand the influence of the actuator arrangement configuration to increase the efficiency in exciting desired structures, considering aspects such as signal amplitude, system displacement and stability.