Las estructuras piezoeléctricas se utilizan ampliamente en diseños de ingeniería que incluyen sensores, actuadores y dispositivos de captación de energía. En este documento, presentamos el desarrollo de un modelo de elementos finitos tridimensional para simulaciones de actuadores piezoeléctricos y cuantificación de sus respuestas bajo entradas de parámetros inciertos. La implementación del modelo de elementos finitos se basa en un enfoque nodal estándar extendido para materiales piezoeléctricos utilizando elementos tetraédricos y hexaédricos tridimensionales. Para tener en cuenta el acoplamiento eléctrico-mecánico en materiales piezoeléctricos, se agrega un grado adicional de libertad para el potencial eléctrico en cada nodo en esos elementos junto con sus incógnitas de desplazamiento mecánico habituales. El desarrollo se validó con datos analíticos y experimentales para una variedad de problemas, desde una viga piezoeléctrica de una sola capa hasta vigas de múltiples capas en disposición unimorfa y bimorfa. Se realizó un análisis más detallado para un actuador de placa compuesta unimorfa con diferentes parámetros de diseño. También se realizó una cuantificación de incertidumbre para evaluar la sensibilidad de las respuestas de la placa compuesta piezoeléctrica con una entrada incierta de propiedades del material. Esto arroja luz sobre la comprensión de las variaciones en las respuestas reportadas del dispositivo; al mismo tiempo, proporciona una mayor confianza al modelo numérico.