Perpustakaan Digital ITB

Tesis ini menyajikan analisis komputasional lanjut dari struktur piezoelektrik, material cerdas yang memiliki sifat kopling elektromekanik. Elemen piezoelektrik 3D saat ini sudah tersedia dalam beberapa perangkat lunak komersial. Namun, struktur piezoelektrik biasanya diproduksi sebagai struktur berdinding tipis, seperti pelat dan cakram. Oleh karena itu, tidak nyaman untuk memodelkannya dengan elemen 3D karena membutuhkan ukuran mesh yang sangat kecil, mengakibatkan biaya komputasi yang tinggi. Alternatif pemodelan diajukan untuk memodelkan piezoelektrik dalam metode elemen hingga (FEM) dengan analogi termal. Ide utama dari analogi termal adalah menggunakan modul analisis termal dalam perangkat lunak komersial untuk input sifat elektromekanik piezoelektrik. Dengan demikian, struktur piezoelektrik dapat dimodelkan sebagai elemen 2D alih-alih elemen 3D. Model yang digunakan adalah struktur pelat dengan sebuah lapisan struktur utama dan piezoelektrik. Hasil pemodelan analogi termal menunjukkan kesesuaian yang baik dengan pemodelan elemen piezoelektrik 3D dengan variasi yang tidak signifikan, kurang dari 0,3%, dan pengurangan waktu hingga 60%. Analogi termal diterapkan untuk memodelkan proses aktuasi structural health monitoring (SHM) berbasis piezoelektrik. Sistem SHM menggunakan distribusi piezoelektrik 3 × 3 untuk memantau pelat komposit berlapis kuasi-isotropik. Aktuasi piezoelektrik menghasilkan perambatan gelombang pada struktur berdinding tipis, disebut dengan gelombang Lamb. Pemodelan cacat divariasikan pada lokasi dan jenis cacat untuk melihat karakteristik perambatan gelombang. Piezoelektrik digunakan berpasangan sebagai aktuator-sensor untuk menentukan nilai time of flight (TOF), yaitu perbedaan waktu antara sinyal yang dikirim dan diterima dari pelat yang memiliki cacat dan pelat yang tidak memiliki cacat. Dengan membandingkan hasil model FE cacat dan tidak cacat dari minimal tiga pasang aktuator-sensor, cacat dapat diidentifikasi berdasarkan nilai TOF. Hasil menunjukkan bahwa identifikasi cacat yang buruk terjadi ketika cacat terletak antara aktuator dan sensor. Pengembangan lebih lanjut dari model FE perlu dilakukan untuk mendapatkan hasil yang lebih akurat.