مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه عملکرد برداشت کننده انرژی پیزوالکتریکی دارای غیرخطینگی های هندسی، میرایی و مادی با استفاده از روش مقیاس های زمانی چندگانه

نویسندگان
1 دانشیار دانشکده مکانیک-دانشگاه تبریز
2 دانشگاه تبریز
چکیده
یکی از روش‌های مناسب برداشت انرژی از ارتعاشات مکانیکی موجود در محیط، استفاده از سیستم‌های پیزوالکتریکی است. در این مقاله مدل یک درجه آزادی برداشت کننده انرژی پیزوالکتریکی به صورت تیر یک سر گیردار تک لایه مورد بررسی قرار گرفته است. ضریب سختی، میرایی و کوپلینگ الکترومکانیکی غیرخطی در مدلسازی مذکور لحاظ شده است. دستگاه معادلات حاکم بر سیستم پس از بی بعد سازی به روش مقیاس‌های زمانی چندگانه حل شده است. ابتدا با درنظر گرفتن یک جمله از بسط فرض شده برای پاسخ‌ها تاثیر کلیه پارامترهای غیرخطی بر منحنی پاسخ فرکانسی مورد بررسی قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد درنظر گرفتن یک جمله از پاسخ، تاثیر ضریب میرایی غیرخطی را بر دامنه حرکت جسم و توان تولیدی در مصرف کننده درست ارزیابی می‌نماید. افزایش این ظریب سبب کاهش دامنه فرکانس تحریک و بیشینه توان تولیدی می‌شود. اما اثر ضریب سختی و کوپلینگ غیرخطی با فرض تنها یک جمله از پاسخ منطقی به نظر نمی‌رسد زیرا در این حالت، ماکزیمم دامنه و توان تولیدی مستقل از ضرایب غیرخطی می‌شود. به همین جهت درنظر گرفتن لااقل دو جمله از پاسخ ضروری است. نتایج به دست آمده حاکی از آن است که افزایش ضریب سختی غیرخطی سبب افزایش رنج فرکانسی و ماکزیمم توان برداشت شده می‌شود. وجود ضریب کوپلینگ غیرخطی در معادلات باعث افزایش سختی و کاهش کرنش تیر و در نتیجه کاهش توان می باشد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the performance of piezoelectric energy harvester including geometrical, damping and material nonlinearities with the method of multiple scales

نویسندگان English

Kamal Jahani 1
Parisa Aghazadeh 2
2 Tabriz university
چکیده English

Employing piezoelectric systems is one of the suitable methods for harvesting energy from mechanical vibrations available in the environment. In this work,single degree of freedom model for cantilever beam with piezoelectric layer is considered. Simulation contains nonlinear coefficients like: stiffness, damping and coupling coefficient. Governing system of equations is solved by multiple scales method. First with assuming one term in approximate response, the effects of all nonlinear parameters on frequency curve are investigated. Results show that assuming only one term in response evaluates the effect of nonlinear damping correctly. Increasing this coefficient leads to reduce the range of excitation frequency and maximum harvested power. But one term assumption couldn’t assess the effects of nonlinear stiffness and coupling coefficient logically. In this case, the peak of frequency response curve is independent of nonlinear coefficients. So for obtaining accurate results assuming at least two terms of response is necessary. Results show increasing nonlinear stiffness coefficient increase the maximum harvested power and the range of excitation frequency. The effect of nonlinear coupling coefficient is decreasing the maximum power because this coefficient increases the stiffness of the system.

کلیدواژه‌ها English

"Energy harvesting"
"Non-linearity"
"Multiple Scales method"