Skip to main content
SUPERVISOR
Nima Nouri,Reza Tikkani,Saeed ZeiaeiRad
نیما نوری فعله کری (استاد مشاور) رضا تیکنی (استاد مشاور) سعید ضیائی راد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Zara Khalili parizi
زهرا خلیلی پاریزی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Energy harvesting from auxetic materials with piezoelectric patches using finite element method
This thesis develops an auxetic (negative Poisson’s ratio) piezoelectric energy harvester (APEH) to increase the power output when connecting to an excitation harmonic load. The APEH consists of a piezoelectric element bonded to an auxetic substrate. The auxetic substrate concentrates the stress and strain into the piezoelectric element’s region and introduces auxetic behaviour in the piezoelectric element, both of which increase the electric power output. A finite element model was developed to optimise the design and verify the mechanism of the power increase. Seven auxetic structure designed and characterised. Their performance was compared with each other to recognize suitable structure which has maximum power output. Results show that S-shape structure predicts maximum power output when the APEHs excited by sinusoidal strains peakto- peak of 0.02 mm at the frequency of 100 Hz. Effect of different parameters such as, the thickness of substrate and piezoelectric patch, load resistance, amplitude of excitation, etc are investigated on the values of the energy harvesting of auxetic structure. The obtained results illustrate that increasing the thickness of auxetic substrate and piezoelectric patch increase and decrease the power output of auxetic plate, respectively. Keywords: auxetic piezoelectric energy harvester; Finite element model; S-shape structure
امروزه با گسترش فناوری و کاهش منابع انرژی طبیعی، بیش‌ازپیش نیاز به بازیافت انرژی‌های تلف‌شده در طبیعت است. برداشت انرژی الکتریکی از ساختارهای آگزتیک راهی مؤثر و کارآمد برای افزایش سطح انرژی الکتریکی است. به همین منظور در این پایان‌نامه به بررسی و مطالعه انرژی الکتریکی برداشت‌شده از ساختارهای آگزتیک توسط وصله پیزوالکتریک و به روش اجزا محدود پرداخته می‌شود. ساختارهای مختلف آگزتیک شامل بیضوی، لانه‌زنبوری درون-رو، بادام‌زمینی، ستاره ‌ای، S شکل، مربع گردان و دو خط- دو منحنی هستند که به معرفی و مطالعه رفتار برداشت انرژی الکتریکی از آن‌ها پرداخته می‌شود. به‌منظور مقایسه دقیق و کارآمد برای انتخاب ساختار بهینه که در آن بیشینه انرژی الکتریکی برداشتی به دست می‌آید، یک تحلیل مودال انجام‌گرفته است که توسط آن فرکانس طولی که در آن رفتار آگزتیک رخ می‌دهد، محاسبه می‌شود. پس‌ازآن، یکسان‌سازی تقریبی فرکانس‌های طولی مرتبط با هر ساختار آگزتیک با افزودن جرم متمرکز به سیستم ادامه پیدا می‌کند. در این پژوهش با معرفی ساختارهای آگزتیک مختلف و برداشت انرژی الکتریکی از هرکدام از آن‌ها توسط نرم‌افزار اجزا محدود ANSYS، ساختار مناسب انتخاب می‌شود و اثر پارامترهای مختلف از قبیل تغییرات فرکانس،تغییرات ولتاژ، دامنه جابجایی نیروی تحریک پایه، ضخامت‌های مختلف ورق آگزتیک و وصله پیزوالکتریک و پارامترهای هندسی آن روی میزان انرژی الکتریکی برداشت‌شده از آن، موردمطالعه قرار می‌گیرد. در این پایان‌نامه هندسه S شکل با دارا بودن بیشترین انرژی الکتریکی به‌عنوان هندسه بهینه انتخاب می‌شود و اثر پارامترهای مختلف روی آن موردمطالعه قرار می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهند که برای مقاومت به‌عنوان یک پارامتر تأثیرگذار می‌توان مقدار بهینه‌ای در نظر گرفت. ازآن‌جایی‌که مقاومت الکتریکی نمی‌تواند از یک مقدار کمتر شود و به دلیل اتصال کوتاه شدن دو سر الکترود نمی‌تواند از یک حدی بیشتر شود، بنابراین، انتخاب یک مقاومت بهینه با بیشینه انرژی الکتریکی امری اجتناب‌ناپذیر است. کلمات کلیدی: برداشت انرژی الکتریکی، مواد آگزتیک، وصله پیزوالکتریک، تحلیل مودال

ارتقاء امنیت وب با وف بومی

100%