برداشت انرژی از تیر کامپوزیتی دارای لایه پیزوالکتریک
کد مقاله : 1130-IRANCOMP-FULL
نویسندگان:
1رضا مسلمانی *، 2علی حاج نایب، 3افشین قنبرزاده، 4حسین وحدانی فر
1عضو هیات علمی
2عضو هیات علمی دانشگاه شهید چمران اهواز
3عضو هیأت علمی دانشگاه شهید چمران اهواز
4دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه شهید چمران اهواز
چکیده مقاله:
نیاز به تأمین انرژی در مدارهای کم‌مصرف الکتریکی نظیر حس‌گرها، سامانه‌های بی‌سیم و ماهواره‌ها در سال‌های اخیر مورد توجه محققان زیادی قرارگرفته است. در میان منابع مختلف انرژی محیطی، ارتعاشات مکانیکی به دلیل رخداد آن در بسیاری از سازه‌های مکانیکی، کاربرد بسیاری پیداکرده است. از بین روش‌های گوناگون برداشت انرژی از ارتعاشات محیطی، استفاده از مبدل پیزوالکتریک از روش‌های کارآمد است. بنابراین در تحقیق حاضر، تولید انرژی الکتریکی از ارتعاشات آزاد تیر کامپوزیتی با یک‌ لایه پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته است. لذا در ابتدا، با فرض تیر اویلر-برنولی، معادلات حرکت سیستم به‌صورت تحلیلی به‌دست ‌آمده و سپس با استفاده از روش کانتروویچ، فرکانس‌های طبیعی برای 3 مد اول ارتعاشی سیستم محاسبه‌ شده‌اند و نتایج بصورت ولتاژ و جریان خروجی ارائه گردیده‌اند. در ادامه تأثیر زاویه الیاف و نحوه چیدمان لایه‌های تیر کامپوزیتی به همراه یک لایه پیزوالکتریک بر میزان برداشت انرژی بررسی شده است. جهت صحت‌سنجی، نتایج تحلیلی با نتایج حاصل از مدل‌سازی اجزای محدود مقایسه شده‌اند که خطای نسبی کمی را نشان می‌دهند. نتایج به‌دست‌آمده نشان می دهد که با استفاده از مواد کامپوزیتی و با طراحی مناسب لایه‌چینی و زاویه الیاف می‌توان مدول الاستیسیته معادل متفاوتی در تیر کامپوزیتی ایجاد نمود که در نتیجه، فرکانس طبیعی سیستم و میزان برداشت انرژی هم ‌تغییر خواهد کرد. مطابق نتایج بدست آمده، با افزایش مدول الاستیسیته تیر کامپوزیتی در راستای آن، میزان برداشت انرژی به مقدار قابل توجهی بهبود می‌یابد بنابراین استفاده از مواد کامپوزیتی علاوه بر خواص مکانیکی برتر آنها، برداشت انرژی مناسبی را نیز موجب می‌شود.
کلیدواژه ها:
تیر کامپوزیتی - ارتعاشات - پیزوالکتریک – برداشت انرژی
وضعیت : مقاله برای ارائه شفاهی پذیرفته شده است