A procedure for tuning piezoelectric constants

This work aims to validate FE models done in a previous study through the updating of the electrical and mechanical parameters founded with experimental tests. Specifically, the system under study is a bi-dimensional piezoelectric structure composed of an elastic thin plate of stainless steel coupled to a piezoelectric patch fixed at the middle. In a first phase numerical models are created in abaqus for different system configurations to simulate its behavior in different working condition. Modal analysis are carried out to compute natural frequencies, vibration modes and frequencies response function for specific input and output. In a second phase experimental tests are performed in two different mechanical and electrical boundary condition: the free-free case with the piezoelectric patch both in short and open circuit to find respectively the mechanical and electrical parameter to update in the software and the clamp-free case for the comparison, in terms of electromechanical coupling factor of some vibration modes of the system. Finally the numerical results with the update data of the model are compared with the previous experimental tests and an evaluation of the improvement is done.

Questo lavoro ha lo scopo di validare modelli FE fatti in studi precedenti mediante l’aggiornamento di parametri elettrici e meccanici trovati con test sperimentali. Nello specifico, il sistema studiato è una struttura piezoelettrica bidimensionale composta da una sottile piastra elastica di acciaio inossidabile accoppiata a una piastra piezoelettrica fissata al centro. In una prima fase sono stati creati modelli numerici in abaqus con differenti configurazioni del sistema per simulare il suo comportamento in differenti condizioni di lavoro. L’analisi modale è stata fatta per trovare le frequenze naturali, i modi di vibrare e la risposta in frequenza di specifici input e output. In una seconda fase test sperimentali sono stati fatti in due differenti condizioni al contorno meccaniche ed elettriche: piastra libera con la piastra piezoelettrica in corto circuito e circuito aperto per trovare rispettivamente i parametri meccanici ed elettrici da aggiornare nel software e piastra incastrata-libera per la comparazione, in termini di fattore di accoppiamento elettromeccanico di alcuni modi di vibrare. In fine i risultati numerici, con i parametri aggiornati, sono stati comparati con i test sperimentali precedenti e una valuitazine sui miglioramneti è stata fatta