Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed ZeiaeiRad,Reza Tikkani
سعید ضیائی راد (استاد راهنما) رضا تیکنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Saeid Sharifi moghadam badi
سعید شریفی مقدم بادی

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Energy harvesting from nonlinear vibrations of an L-shaped beam using piezoelectric patches
With the development of small and low-power electrical equipment, a great amount of efforts has been made to replace the battery with a useful power supply. Meanwhile, the use of environment vibrational energy to supply the electrical power of these equipment motivate many scientist to carry out research in this field. In general, the transformation of vibrational energy into electrical energy can be done in three different ways, namely, by use of piezoelectric, electrostatic and electromagnetic. In present study, the energy harvesting from the non-linear vibrations of an L-shaped beam with the use of piezoelectric patches is evaluated. The beam was assumed to be an Euler-Bernoulli in which the effects of rotational inertia and shear force are neglected. Also, the effective mass of the beam is assumed to be in the top of the beam. The axial displacement of the beam is also considered with the assumption of small excitation amplitude. The effect of the piezoelectric patch on the equations of motion is also considered. In this research, nonlinear motion equations of L-shaped beam are extracted by use of Lagrange method and they obtained equation of motions are solved by multiple scales technique. Also, the mode shapes of the system are calculated for the linear undamped system. The dimensions of the L-shaped beam are chosen in such a way that the ratio of the first-to-second natural frequency is 1 to 2, in order to increase the range of the energy harvesting frequency. Finally, the results of the analytical solutions are compared and validated with the results obtained from experimental and finite element. Good agreement was observed between the theoretical values and experimental data. Keywords: energy harvest, L-shaped beam, nonlinear vibrations, piezoelectric.
با گسترش ساخت تجهیزات الکتریکی کوچک و کم مصرف، توجه برای ایجاد یک منبع تغذیه مفید برای جای گزینی باطری بیش از پیش افزایش یافته است. در این بین استفاده از انرژی ارتعاشی محیط اطراف برای تامین توان الکتریکی این تجهیزات به عنوان راه حلی مفید برای رفع این مشکل، دانشمندان زیادی را به تحقیق و پژوهش واداشته است. در تبدیل انرژی ارتعاشی به انرژی الکتریکی در حالت کلی از سه روش پیزوالکتریک، الکترواستاتیک و الکترومغناطیس استفاده می شود. هم چنین از مدل های مختلفی برای برداشت انرژی می توان بهره برد، که ساده ترین آن تیر ساده یک سرگیردار می باشد.در پروژه حاضر، برداشت انرژی از ارتعاشات غیرخطی تیر L شکل به کمک وصله های پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته شده است. در این پژوهش، از اثرات اینرسی چرخشی و نیروی برشی صرف نظر شده است و فرض شده جرم موثر تیر در سر تیر لحاظ شده باشد. جابه جایی محوری تیر نیز با فرض کوچک بودن دامنه تحریک در نظر گرفته شده است. هم چنین اثر ماده پیزوالکتریک در معادلات حرکت اعمال شده است. در این تحقیق، معادلات حرکت غیرخطی تیر L شکل به روش لاگرانژ استخراج شده و به روش مقیاس های چندگانه حل شده اند. هم چنین، مود شکل های سیستم، از حل خطی سیستم آزاد و نامیرا محاسبه شده اند. ابعاد و اندازه های تیر L شکل، به گونه ای انتخاب شده اند، که نسبت فرکانس طبیعی اول به دوم 1 به 2 باشد، تا از این طریق محدوده ی فرکانس برداشت انرژی افزایش یابد. در نهایت، نتایج حاصل از حل تحلیلی برای صحت سنجی با نتایج به دست آمده از کار تجربی و نتایج المان محدود مورد مقایسه و اعتبارسنجی می شوند. کلمات کلیدی : برداشت انرژی، تیر L شکل، ارتعاشات غیرخطی، پیزوالکتریک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی