Resumen de Modelización interaccion acústico-estructura de transductores piezoeléctricos en medios fluidos mediante el método de los elementos finitos

V. Acosta, Enrique Fernando Riera Franco de Sarabia, A. Cardoni, G. Rodríguez, A. Pinto, Juan A. Gallego Juárez

• español

  En este trabajo se describe la metodología y limitaciones encontradas en el diseño y desarrollo de transductores piezoeléctricos para aplicaciones en medios fluidos mediante el método de los elementos finitos (MEF). En estos modelos lineales de interacción acústica-estructura se han obtenido soluciones numéricas aproximadas. Para ello se han asumido simplificaciones válidas solamente para la transmisión de ondas acústicas de baja intensidad en medios fluidos, al considerar el fluido como incompresible, irrotacional y no viscoso. Cuando diferentes sistemas físicos interaccionan entre si, la solución de uno de ellos no se puede obtener de forma independiente, sin la solución simultánea de los otros, dado que se desconocen las fuerzas que actúan en las interfases. Estos sistemas se conocen como sistemas acoplados. En losmodelos numéricos de transductores ultrasónicos tenemos la física acoplada de los elementos piezoeléctricos, los estructurales y los del fluido (con diferentes incógnitas), obteniendo modelos complejos de difícil convergencia. El refinamiento del mallado,las condiciones de contorno y los parámetros de configuración de los métodos de cálculo son de gran importancia para la obtención del resultado numérico.

• English

  This paper describes the methodology and limitations found in the design and development of piezoelectric transducers for applications in fluids by finite elements method (FEM). In these linear models for the acoustic-structure interaction approximate numerical solutions have been obtained. In order to perform the calculations,simplifications only valid for low-power sound waves propagating in incompressible, irrotational and inviscid fluidshave beenassumed.When different physical systems interact with each other, the solution of one of them cannot be obtained independently without the simultaneous solution of the other, since the forces acting at the interfaces are unknown. These systems are known as coupled systems. Numerical modelling of piezoelectric transducers implies coupling the physics associated with piezoelectric elements, structural elements and fluid elements (with different degrees of freedom), resulting in complex models with difficult convergence. The selection of appropriate mesh refinement, boundary conditions and configuration parameters of the calculation methods is of great importance to obtain the numerical result.