مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

تحلیل ارتعاشات تیر یکسرگیردار با لایه‌ی پیزوالکتریک تحت نیروی آیروالاستیک با تحریک پایه

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی سیرجان
2 دانشجوی کارشناسی ارشد
چکیده
در این مقاله به تحلیل ارتعاشات یک تیر یکسرگیردار ویسکوالاستیک با دولایه پیزوالکتریک تحت نیروی آیرولاستیک و تحریک پایه پرداخته شده است. فرض می‌شود که ماده ویسکولاستیک تیر از مدل کلوین-وویت تبعیت می‌کند. همچنین دو لایه پیزوالکتریک در بالا و پایین تیر واقع شده است که به صورت اتصال سری به یکدیگر ارتباط دارند. نیروی آیروالاستیک بر اساس تئوری پیستون در نظر گرفته شده و به‌صورت یک نیروی خارجی بر تیر عمل می‌کند، همچنین فرض شده است که تحریک پایه به‌صورت تصادفی ‌باشد. در این پژوهش تیر یکسرگیردار با دو لایه‌ی پیزوالکتریک به عنوان مکانیزم برداشت انرژی خمشی در نظر گرفته شده است. در ابتدا معادله‌ی دیفرانسیل پاره‌ای غیر خطی حاکم بر ارتعاش عرضی تیر با بکارگیری روش گالرکین به تعدادی معادله دیفرانیسل معمولی تبدیل شده که همراه با معادله‌ی الکتریکی حاکم بر پیزوالکتریک با استقاده از روش عددی رانگ- کوتا حل شده‌اند. سپس با بررسی پاسخ معادلات حاکم، به مطالعه‌ی تأثیر پارامترهای سیستم بر رفتار ارتعاشی تیر و ولتاژ خروجی پرداخته می-شود. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش سرعت سیال، انرژی سیستم افزایش می‌یابد که باعث افزایش دامنه‌ی ارتعاشی و ولتاژ خروجی سیستم می‌گردد. علاوه‌ براین نشان داده شد که میرایی ساختاری بر مقدار ولتاژ خروجی تاثیر بسزایی دارد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Vibration analysis of a cantilever beam with piezoelectric layers under aeroelastic force and base excitation

نویسندگان English

Mohammad Hosseini 1
Farid Lotfi Asadi 2
چکیده English

In this article the vibration analysis of a viscoelastic cantilever beam with piezoelectric layers under aeroelastic force and base excitation is investigated. The beam viscoelastic material is assumed to obey the Kelvin-Voight model. Also the piezoelectric layers are located at the top and bottom beam surfaces with series connections. The aeroelastic force based on piston theory is considered to act as an external force on the beam and also the base excitation is assumed to be random. In this research the cantilever beam with two piezoelectric layers are considered as a mechanism to harvest the bending vibration energy. First, the Galerkin method is used to convert the governing partial differential equation into a set of ordinary differential equations. Then the resulted nonlinear ordinary differential equation coupled with electrical circuit equation of piezoelectric layer are solved numerically by Rung-Kutta method. Finally, by analyzing the response of the governing equations, the influence of the system parameters on the vibration behavior of beam and output voltage are discussed. Results show that the increase of fluid velocity increases vibrational energy system which leads to increase of both vibration amplitude and output voltage. In addition, it was shown that structural damping has a significant impact on the output voltage.

کلیدواژه‌ها English

Cantilever beam
Piezoelectric layer
Aeroelastic force
Base excitation
Energy harvesting