Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Alireza Fadaei Tehrani
سعید ضیائی راد (استاد راهنما) علیرضا فدائی تهرانی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mina Nazarian samani
مینا نظریان سامانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Analysis and simulation of a piezoelectric transducer using on roads surface for energy harvesting
Piezoelectric materials play a prominent role in the energy harvesting of environmental fluctuations and have attracted much attention in recent years. Passing vehicles create stresses on the road surfaces which may be converted to electrical energy by using piezoelectric transducers, mounted under the surface of the roads. In this project, loads on the road surface are considered as dynamic loads when the cars are passed on its surface. Then, by using finite element analysis in Abaqus, simulation of a piezoelectric transducer called cymbal is carried out and electric potential energy and displacement of the road surface are analyzed. In simulations, in two cases, are performed and the displacement difference are obtained in these two states, using the percent displacement percentage ratio, which is one of the geometric design criteria in optimization. Another criterion is the maximum energy recovery from the electrical potential of the cymbal transducer. The effect of different parameters of the piezoelectric transducer geometry on the potential energy is investigated and optimized geometry is obtained. The maximum potential energy in the optimized size of the embedded converter is found to be 15.96 mJ, and if the car frequency is 50 Hz, the maximum output power can be 798 mW. Finally, the effect of vehicle speed and tire pressures, in optimal geometry design, were evaluated which indicated that with increasing the speed and weight of the car, the potential electrical energy increased significantly. Keywords: Piezoelectric, Cymbal transducer, Energy harvesting, Asphalt pavement
مواد پیزوالکتریک نقش برجسته ای را در برداشت انرژی از نوسانات محیط دارند و در چند سال اخیر توجه زیادی را به خود جلب نموده اند. عبور ماشین ها از روی سطح جاده باعث ایجاد تنش هایی در سطح جاده ی آسفالتی می شوند که با کمک مبدل های پیزوالکتریک می توان تنش های حاصل را به انرژی الکتریکی تبدیل و از انرژی تولید شده در کاربردهای مختلف استفاده نمود. در این پروژه نیروی وارد بر سطح جاده در اثر عبور ماشین های سنگین از روی سطح آن از نوع نیروی دینامیکی در نظر گرفته می شود. سپس با استفاده از روش المان محدود به کمک نرم افزار آباکوس مبدل سیمبال پیزوالکتریک مدل سازی و خروجی های پتانسیل الکتریکی و جابه جایی سطح جاده مورد بررسی و تحلیل قرار می گیرد. برای سطح جاده در دو حالت با مبدل سیمبال و بدون آن شبیه سازی انجام و اختلاف جابه جایی آن در این دو حالت با استفاده از رابطه ی درصد اختلاف جابه جایی بدست آورده می شود که یکی از معیارهای طراحی هندسه ی بهینه است. یکی دیگر از معیارها برداشت بیشینه انرژی پتانسیل الکتریکی از مبدل سیمبال است. تأثیر پارامترهای مختلف هندسه ی مبدل سیمبال و پیزوالکتریک در میزان ذخیره ی انرژی پتانسیل الکتریکی مورد بررسی قرار می گیرد و هندسه ی بهینه ی آن بدست می آید. بیشینه انرژی پتانسیل الکتریکی با ابعاد بهینه ی مبدل سیمبال، برابر 96/15 میلی ژول است و اگر فرکانس باری خودرو 50 هرتز باشد، می توان 798 میلی وات توان خروجی ماکزیمم به دست آورد. همچنین تأثیر سرعت خودرو و فشار تایر خودروهای سبک و سنگین برای مبدل سیمبال پیزوالکتریک با ابعاد هندسه ی بهینه مورد ارزیابی قرار گرفت و مشخص گردید که با افزایش سرعت و وزن ماشین میزان ذخیره ی انرژی پتانسیل الکتریکی به طور قابل توجهی افزایش می یابد. کلمات کلیدی : پیزوالکتریک، مبدل سیمبال، برداشت انرژی، جاده ی آسفالتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی