پاسخ الکتریکی تیر پیزوالکتریک با استفاده از روش سختی دینامیکی

علوم کاربردی و محاسباتی در مکانیک

مقاله 8، دوره 31، شماره 2 - شماره پیاپی 22، 1399، صفحه 127-140   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/fum-mech.v31i2.84089

نویسندگان

مجید جباری^{* 1}؛ بیژن احمدی²

¹مرکز تحقیقات سنگ، واحد خمینی‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان

²گروه مکانیک، واحد خمینی‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان.

چکیده

کاهش توان مصرفی وسایل الکترونیکی و نیاز به استفاده از منابع انرژی قابل حمل موجب شده توجّه پژوهشگران به برداشت انرژی از ارتعاشات محیط جلب شود. ازاین‌رو پیش­بینی خروجی الکتریکی تیرهای پیزوالکتریک و مدل­سازی آنها اهمّیّت ویژه­ای پیدا کرده است. در راستای این تلاش­ها، در این پژوهش روش سختی دینامیکی برای تیر یکسر درگیر با مقطع یکنواخت به همراه جرم متمرکز توسعه داده می­شود ونتایج آن با نتایج حاصل از روش آنالیز مودال تحلیلی مقایسه می­گردد که حل آنالیز مودال با پنج مود بسیار به حل به روش سختی دینامیکی نزدیک است.همچنین ماتریس سختی دینامیکی برای تیر دوبخشی توسعه داده می­شود و به‌وسیلۀ ماتریس به دست آمده تأثیر محل قرارگیری جرم متمرکز بر خروجی الکتریکی و رفتار سیستم بررسی می­گردد. بر این اساس جابجایی جرم متمرکز از پایه به سمت نوک تیر موجب کاهش فرکانس طبیعی اوّل می­شود، درصورتی‌که تأثیر این جابجایی بر فرکانس طبیعی دوم به‌صورت تناوبی است.

کلیدواژه‌ها

سختی دینامیکی؛ تیر پیزوالکتریک؛ برداشت انرژی؛ ارتعاشات

سایر فایل های مرتبط با مقاله

EA(22)-8-jabari-Revised 15 9 99.pdf

مراجع

[1] Hamilton MC (2012) Recent advances in energy harvesting technology and techniques.Proceeding ofthe IECON 2012: 6297-6304.

[2] Kim H, Kim JH, Kim J(2011) Review of piezoelectric energy harvesting based on vibration. International Journal of Precision Engineering and Manufacturing 12(6): 1129-1141.

[3] Buren V, Worn B(2006)Intertialelectromagnetic micro-generators. Ph.D. dissertation ETH 16466, Swiss Federal Institute of Technology, Zurich, Germany.

[4] Cottone F(2011) Introduction to vibration energy harvesting. NiPS Energy Harvesting Summer Scool.

[5] Roundy S, Wright P, Rabaey J(2003) A Study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes. ComputCommun 26(1): 1131–1144.

[6]Erturk A, Inman DJ(2008) On mechanical modeling of cantileveredpiezoelectric vibration energy harvesters. J. Intell. Mater. Syst. Struct 19(1): 1311-1325.

[7] Alejandro RR, Diana VB, Carlos AR(2013) Free vibrations of beam system structures with elastic boundary conditions and an internal elastic hinge. Chinese Journal of Engineering 89(1): 556–568.

[8] Su H, Banerjee JR(2015) Development of dynamic stiffness method for free vibrationof functionally graded timoshenko beams. Computers and Structures 147(1): 107–116.

[9] Jabbari M,Ghayour M, Mirdamadi HR(2017) Energy harvesting of a multilayer piezoelectric beam in resonance and off-resonance cases. Journal of Engineering Materials and Technology 139(3): 031008.

[10] Ballas R(2007) Piezo electric multilayer beam bending actuators. Springer, Verlag Berlin Heidelberg.

[11] Bonello P, Rafique SJ (2011) Modeling and analysis of piezoelectric energy harvesting beams using the dynamic stiffness and analytical modal analysis methods. ASME J. Vibr. Acoust 133(1): 011009.