مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تاثیر گره‌های کرنشی در برداشت انرژی تیر پیزوالکتریک با تحریک مودهای ارتعاشی

نویسنده
دانشکده مکانیک، دانشگاه آزاد خمینی شهر، اصفهان
چکیده
برداشت انرژی الکتریکی از تیر یکسردرگیر پیزوالکتریک با تحریک مودهای ارتعاشی حاصل می گردد. مودهای ارتعاشی دارای گره های کرنشی می باشند که توزیع کرنش در راستای تیر در این نقاط تغییر علامت می دهد. مودهای ارتعاشی تیر یکسردرگیر بجز اولین مود دارای گره های کرنشی مشخصی می باشند. از نظر تئوری و هم تجربی نشان داده می شود که گره های کرنشی مودهای ارتعاشی با الکترودهای پیوسته باعث حذف ولتاژ خروجی الکتریکی می گردد. اگر از الکترودهای جدا شده به جای الکترودهای پیوسته استفاده شود ولتاژ خروجی ناشی از تحریک دومین مود می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد. با استفاده از تئوری قانون گوس در معادله مدار لایه پیزوالکتریک تحت خمش دینامیکی، پاسخ ولتاژ ناشی از جفت شدگی الکترومکانیک حاصل می گردد. یکی از پارامترهای موثر در پاسخ ولتاژ، ترم جفت شدگی مودال می باشد که علاوه بر وابستگی به هندسه، جنس و پارامترهای پیزوالکتریک تیر برداشت کننده انرژی، به تابع ویژه شیب خمش محاسبه شده در مرزهای الکترودها نیز وابسته است. اگر شیب ها در مرزهای الکترودهای پیوسته برای شکل مود مربوطه به یکدیگر نزدیک باشند، خروجی الکتریکی در آن مود بسیار کوچک خواهد بود. در این پژوهش با روش های تئوری و تجربی تاثیر گره‌های کرنشی در برداشت انرژی از تیر یکسردرگیر پیزوالکتریک در حالات فرکانس تحریک تشدید و غیر تشدید مورد بررسی واقع می گردد. در عین حال تاثیر بار مقاومتی بر روی نتایج ولتاژ و توان خروجی و حصول بار مقاومتی بهینه مورد توجه قرار می گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

The Effect of Strain Nodes on the Energy Harvesting of the Cantilever Piezoelectric Beam with the Vibration Mode Excitation

نویسنده English

Majid Jabbari
Department of Engineering Mechanic, Islamic Azad of University, Branch of Khomaini Shahr
چکیده English

The energy harvesting of a piezoelectric cantilever beam is obtained from the excitation of vibration modes. Vibration modes have strain nodes where the strain distribution changes in the direction of the beam length. Covering the strain nodes of the vibration modes with continuous electrodes effects a cancellation of the voltages outputs. The use of segmented electrodes avoids cancellations of the voltage for multi-mode vibration. The theory of Gauss law is presented for the voltage response due to the electro mechanic coupling. The effective parameter in the voltage response is the modal coupling term. This parameter depends on geometry, material, piezoelectric coefficients and the Eigen function of bending slope. If the slopes of the electrodes boundaries are close together, the electric response of vibration mode is very small. The resistive load affects the voltage and generated power. The optimum resistive load is considered for segmented and continuous electrodes, and then the power output is verified. One of the effective parameters on energy harvesting performance is the existence of concentrated mass. This topic is studied in this paper. Resonance and off-resonance cases are considered for the harvester. In this paper, both theoretical and experimental methods are used for satisfactory results.

کلیدواژه‌ها English

Energy harvesting
Strain Nodes
Optimum Resistive
Electrical Power
Vibration Modes