Estudio de efectos de asimetría en vibradores ultrasónicos axisimétricos

Abstract

[EN] The use of high-power ultrasonic plate transducers shows a series of problems related with the presence of modal coupling or interactions between the vibrational modes of the ultrasonic system. In such system, the radiator consists of a stepped circular plate. The radiator plate is driven at its centre by a tuned piezoelectric vibrator generating an axysimetric mode of vibration. Nevertheless, in many cases the nodal figures are deformed and present ovals instead of circles in the plate. This phenomenon which is frequently observed can be basically due to two main reasons: the material anisotropy and the influence of the high-density of nonaxysimetrical modes around the operating frequency.

This paper deals with the study and analysis of both possibilities using numerical simulations by finite element techniques and experimental measurements.

[ES] El uso de transductores ultrasónicos de potencia del tipo placa vibrante, plantea una serie de problemas relacionados con el posible acoplamiento o interacción entre los diversos modos de vibración que contiene el sistema. En estos transductores el radiador está constituido por una placa vibrante de geometría circular y perfil escalonado. Esta placa se pone en vibración mediante un excitador piezoeléctrico sintonizado a la frecuencia del modo de vibración de interés. La placa radiante se excita sinusoidalmente en su centro generando un modo de vibración axisimétrico. Las figuras nodales que se forman son círculos concéntricos. Sin embargo, en muchos casos aparecen asimetrías en el modo de vibración, de forma que las figuras nodales aparecen deformadas en forma de óvalos. Este fenómeno, que se repite con determinada frecuencia, puede ser debido fundamentalmente a dos causas: la influencia de modos cercanos no axisimétricos o a la anisotropía del material.

En este trabajo se estudian y analizan ambas posibilidades empleando tanto técnicas de simulación numérica por elementos finitos como medidas experimentales.