مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

برداشت انرژی از ارتعاشات پل تحت عبور جرم های متوالی با استفاده از مواد پیزوالکتریک

نویسندگان
دانشگاه صنعتی اصفهان
چکیده
برداشت انرژی الکتریکی از مواد پیزوالکتریک غالباً برای تجهیزات الکترونیکی با توان کم استفاده می‌گردد. تأمین توان موردنیاز حسگر‌های بی‌سیم مورد استفاده در سلامت‌سنجی پل‌ها و دیگر شالوده‌های عمرانی از جمله کاربردهای مهم برداشت‌کننده‌های انرژی است. در این پژوهش برداشت انرژی از ارتعاشات پل تحت عبور جرم‌های متوالی بررسی شده است. برداشت انرژی به کمک تیر یک‌سرگیردار با وصله پیزوالکتریک نصب شده بر روی نقطه میانی پل دو سرمفصل صورت پذیرفته است. روابط حاکم بر ارتعاشات پل تحت عبور جرم‌های متوالی با فرض تیر اویلر-برنولی استخراج شده است. اثرات نیروهای اینرسی، کوریولیس و گریز از مرکز در استخراج روابط درنظر گرفته شده است. همچنین برداشت کننده انرژی به‌صورت تیر یک‌سرگیردار با وصله پیزوالکتریک تحت ارتعاشات پایه ناشی از جابجایی پل مدل‌سازی شده است. روابط حاصل به کمک نرم‌افزار متلب با استفاده از روش رونگه‌-کوتای مرتبه چهار حل شده و جابجایی پل و ولتاژ تولیدی در وصله پیزوالکتریک به‌دست آمده است. در نهایت، ولتاژ تولیدی حاصل از مدل‌سازی تئوری مسأله با نتایج حاصل از آزمایش تجربی برای سرعت‌های مختلف جرم‌های عبوری مقایسه گردیده است. مقایسه انجام شده حاکی از دقت مناسب مدل‌سازی انجام شده در مسأله حاضر است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Piezoelectric energy harvesting from bridge vibrations under moving consecutive masses

نویسندگان English

Masoud Karimi
Reza Tikani
Saeed Ziaei-Rad
چکیده English

Harvesting energy by piezoelectric materials is nowadays an efficient way for powering low-power electric devices. Required energy for sensors which are used in condition and health monitoring of bridges and other civil infrastructures can be examples of the energy harvesters. This study aimed to improve the piezoelectric-based energy harvesting on civil infrastructures, especially on bridge structures. In this investigation, harvesting energy from the vibrations of a bridge under moving consecutivemasses is studied. Harvesting energy iscarried out through a cantilever beam with piezoelectric patch which is installed atthe middle of a simply supported bridge. Governing equations for vibration of an Euler-Bernoulli beam under moving consecutivemasses arederived. The effects of inertial, centrifugal and coriolis forces areconsidered. For verifying, the results of the numerical solution of the moving mass problem are compared to the experimental tests data of the litterature. The harvester is modelled by a cantilever beam with piezoelectric patch under base excitations which are calculated from vibrations of the bridge mid-point. The obtained equations are then solved in MATLAB environment by using the forth order Runge-Kutta method. The calculated induced voltages are compared with those obtained from experiment. A good degree of accuracy is observed.

کلیدواژه‌ها English

Energy harvesting
Piezoelectric
Bridge vibrations
Moving consecutive masses