Skip to main content
SUPERVISOR
Reza Tikkani,Saeed ZeiaeiRad
رضا تیکنی (استاد راهنما) سعید ضیائی راد (استاد راهنما)
 
STUDENT
Sayed alireza Ghazi asgar
سیدعلیرضا قاضی عسگر

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1392
iezoelectric-based energy harvesting is an efficient way to convert ambient vibration energy into usable electric energy. The piezoelectric harvester can work as a sustainable and green power source for different electric devices such as sensors and implanted medical devices. However, harvesting energy from sound need more research and investment. This dissertation aimed to study and analyze the piezoelectric-based energy harvesting from sound, especially in pipes and acoustic resonator. To reach that aim, a more accurate model for piezoelectric composite beams was built first, which can be adopted for the modeling of different kinds of energy harvesters. The apparatus consists of a cantilevered beam harvester with a piezoelectric layer. Matlab and Ansys15 are used for analysis . Harvesting system includes an acoustic resonator and cantilever beamthat are locating inside the acoustic resonator. A coupled electromechanical modal model based on Euler-Bernoulli theory was used. The model includes both direct and inverse piezoelectric effects and can provide a better prediction for the dynamic response and energy output of a harvester. The quarter-wavelength acoustic resonator is used in its first eigen-frequency. The amplified acoustic pressure inside the tube drives the vibration motions of piezoelectric plates, resulting in the generation of electricity due to the direct piezoelectric effect. In order to increase the amount of the harvested energy, the acoustic resonator length has been designed to have the same eigen-frequency as each piezoelectric plates. To increase the total voltage and power, multiple PZT plates were placed inside the tube. The number of PZT plates to maximize the voltage and power is limited due to the interruption of air particle motion by the plates. It has been found to be more beneficial to place the piezoelectric plates in the first half of the tube rather than along the entire tube. An incident sound pressure level is 100 dB. Three different arrangement of piezoelectric plates are used: the aligned and zigzag configurations. With the zigzag configuration which has the more open path for acoustic air particle motions, the significant increases in the harvested voltage and power have been observed. Keywords : Smart material, Energy harvesting, Sound, Acoustic, PZT plates, Cantilever beams, Acoustic resonator
برداشت انرژی بر پایه ی مواد پیزوالکتریک یک‌راه کارآمد برای تبدیل انرژی ارتعاشات محیط به انرژی الکتریکی قابل‌استفاده است. برداشت انرژی توسط پیزوالکتریک می تواند به‌عنوان یک منبع توان پایدار و سبز برای انواع وسایل الکتریکی مانند حس گر ها و وسایل پزشکی جاسازی‌شده در بدن انسان مورداستفاده قرار گیرد. هرچند برداشت انرژی در حوزه صوت و آکوستیک جای مطالعه بیشتری دارد. هدف این پایان نامه مطالعه و برداشت انرژی الکتریکی از صوت و آکوستیک به‌ویژه در لوله ها و محفظه های صوتی است. برای تحقق این هدف نخست مدل دقیقی برای تیرهای مرکب پیزوالکتریک ارائه‌شده است. سیستم برداشت کننده شامل یک تیر یکسر درگیر به همراه یک‌لایه پیزوالکتریک متصل به آن است. همچنین با استفاده از نرم افزار انسیس مدلی جهت برداشت انرژی از صوت در نظر گرفته‌شده است. برای تحقق این موضوع از یک محفظه صوتی استفاده می شود که در داخل آن تیرهای مرکب پیزوالکتریک قرارگرفته است. محفظه صوتی با فرکانسی برابر با فرکانس طبیعی اول خود تحریک‌شده و یک موج ایستا در داخل محفظه صوتی ایجاد می گردد. موج صوتی ایجادشده سبب ارتعاش تیرهای پیزوالکتریک و تولید ولتاژ می گردد. به‌منظور افزایش انرژی برداشت‌شده طول محفظه صوتی به‌گونه‌ای انتخاب می شود که فرکانس اول محفظه و فرکانس اول تیر پیزوالکتریک برابر یکدیگر شوند. با نزدیک شدن به انتهای محفظه صوتی گرادیان فشار کاهش‌یافته بنابراین مقدار ولتاژ و توان کاهش می یابد. تعداد مختلفی از تیرهای مرکب پیزوالکتریک در آرایش های متفاوت به‌منظور افزایش ولتاژ در محفظه صوتی مدل می شوند. جهت صحت سنجی از مدلی شامل از محفظه صوتی به همراه یک تیر مرکب پیزوالکتریک استفاده شده است. نتایج حاصل از آزمون تجربی با نتایج حاصل از نرم افزار انسیس مقایسه شده است. کلمات کلیدی: مواد هوشمند، برداشت انرژی، صوت، آکوستیک، تیر پیزوالکتریک، محفظه صوتی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی