Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Tikkani,Saeed ZeiaeiRad
رضا تیکنی (استاد راهنما) سعید ضیائی راد (استاد مشاور)
 
STUDENT
Ali Davoodalhosseini
علی داودالحسینی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393
Energy harvesting using piezoelectric materials is nowadays an efficient way for powering low-power electronic devices. Supplying the energy of wireless sensors, used in condition and health monitoring of bridges and other civil structures, is one of the applications of the energy harvester systems. The main issue in the linear energy harvesting systems is that their best performance is limited to the narrow band around the resonance frequency. To overcome this issue a nonlinear energy harvester is presented in this study. Researchers present that getting exposed to the alternating mechanical stress over a long time will result in the decay of charge produced by piezoelectric transduction mechanism and this decay will comply with a fractional power law of the time. Governing equations of the Euler-Bernoulli beam with piezoelectric patches under nonlinear magnetic force and base excitation have been extracted. The damping of this system is assumed to be fractional damping. The mode shapes of the beam with two different cross sections are derived and by using the assumed mode method the first mode is used to derive an approximate result of the electromechanical system. Analytical results in the linear and nonlinear system with parallel and series connections are validated by experimental results. The accuracy of the model is shown by comparing the numerical and experimental results. After calculating the optimum electrical resistance by experimental and analytical approaches the output power of the provided harvester under different factors like fractional order, excitation frequency and base excitation and electrical resistance for the integer and fractional damping has been discussed by the voltage-time, bifurcation, Poincare and phase diagrams in the MATLAB environment Keywords: Energy harvesting, Piezoelectric, Fractional damping, Nonlinear magnetic force
: برداشت انرژی الکتریکی از مواد پیزوالکتریک، اغلب برای تجهیزات الکتریکی با توان کم استفاده می شود. تأمین توان مورد نیاز حسگرهای بی سیم مورد استفاده در سلامت سنجی پل ها و دیگر ساختارهای عمرانی از جمله کاربردهای مهم برداشت کننده های انرژی است. بهترین عملکرد برداشت کننده های خطی انرژی ارتعاشی محدود به یک پهنای باند باریک اطراف فرکانس تشدید است. به منظور غلبه بر این مشکل، برداشت کننده های انرژی غیرخطی معرفی شده‌اند. در این تحقیق از نیروی مغناطیسی بین آهنرباهای نصب‌شده در انتهای تیر و آهنرباهای ثابت به منظور غیرخطی کردن سیستم استفاده شده است. از طرفی، تحقیقات نشان می دهد اگر ماده ی پیزوالکتریک برای مدت طولانی تحت تنش متناوب قرار گیرد با افت مرتبه ی دی الکتریک و در نهایت افت بار الکتریکی خروجی مواجه خواهد شد. برای پیش بینی دقیق این کمبود بار الکتریکی، می توان از استهلاک با مرتبه ی کسری استفاده نمود. در این پژوهش ابتدا معادلات حاکم بر تیر اویلر-برنولی دارای وصله پیزوالکتریک استخراج شده است. سپس با توجه به تغییر سطح مقطع تیر، شکل مود تیر با درنظرگرفتن تغییر سطح مقطع محاسبه و در روابط جایگذاری شده است. نتایج عددی در حالت های خطی و غیرخطی و همچنین اتصالات سری و موازی با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شد. نزدیکی پاسخ های عددی و آزمایشگاهی نشان از دقت در مدل سازی انجام شده دارند. هم چنین پس از یافتن مقاومت بهینه ی الکتریکی از دو روش آزمایشگاهی و حل عددی، تأثیر عوامل مختلف هم چون مرتبه ی استهلاک، فرکانس تحریک و شتاب پایه بر توان خروجی توسط نمودارهای دوشاخه ای، جابجایی-زمان، ولتاژ-زمان،، پوانکاره و دیاگرام فاز بررسی شده است. کلید واژگان: برداشت انرژی، پیزوالکتریک، استهلاک کسری، نیروی غیرخطی مغناطیسی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی