Descripció del projecte
Un sonotrode és un element sòlid ressonant a una certa freqüència ultrasònica. Per aplicacions d’alta potència, s’utilitzen freqüències en el rang 20-100 kHz.
L’objectiu d’aquesta tesi tracta de identificar quins són els criteris de selecció de materials plausibles per a la fabricació de sonotrodes amb materials no convencionals. A la literatura i articles no es parla gairebé d’aquest tema, escollint sempre els mateixos aliatgesd’alumini i titani A priori, sembla que criteris de selecció com vida útil a fatiga, a partir de les tensions internes que es pugin generar al sonotrode, haurien de ser tinguts en consideració, així com criteris conductivitat tèrmica, al ser un paràmetre que pot fer variar totes les propietats del material i sobretot la freqüència natural del sonotrode. També la duresa superficial, degut a que en moltes aplicacions pot patir desgast per cavitació. A més, es proposa estudiar l’efecte dels recobriments en els diferents paràmetres mecànics i acústics del sonotrode.
Aquesta recerca hauria d’incloure:
· Estat de l’art sobre materials per fabricar sonotrodes.
· Equacions analítiques per valorar tensions a fatiga, relacionant-les amb els principals paràmetres intrínsecs del material (mòdul de Young, densitat, coeficient de Poisson, coeficient d’expansió tèrmica, conductivitat tèrmica, duresa…) i com afecten totes aquestes variables a variacions de les freqüències naturals del sonotrode.
· Simulació FEA de sonotrodes amb diversos materials, per comparar les tensions de fatiga resultants amb les analítiques.
· Llistat de tots els materials que s’han identificat com a plausibles amb estimació de la seva vida útil.
· Estat de l’art sobre recobriments superficials a metalls.
· Simulació FEA per determinar tant les tensions per thermal stress a les que es pot sotmetre el sonotrode al recobrir-lo, com els canvis en propietats com rigidesa, i les tensions a fatiga resultants.
· Recalcular la vida útil d’un material amb diversos tipus de recobriments superficials (tant fatiga com desgast superficial).
· Disseny d’una matriu amb els materials i recobriments plausibles per a fabricar sonotrodes y les característiques mecàniques i acústiques més rellevants de cadascuna.
· Estat de l’art sobre disseny de sonotrodes per aïllar modes, per crear modes combinats i per homogeneïtzar amplituds de vibració.
· Obtenció del model FEA per a un transductor piezoelèctric Langevin.
· Elecció d’almenys una aplicació d’ultrasons; disseny i simulació del grup acústic per aquesta aplicació, escollint materials i recobriments adients i dissenyant la geometria per optimitzar modes i amplituds de vibració.
· Fabricació d’aquest sonotrode i validació experimental del les característiques mecàniques i acústiques més rellevants, calculades anteriorment.
