دانشجو: آقای امیر محمد محجوبی اوتاری
استاد راهنما: دکتر مهدی زمانیان
زمان: چهارشنبه ۲۹ بهمن ماه ۱۴۰۴ ساعت: ۰۹:۳۰
مکان: دانشکده فنی و مهندسی کلاس ۲۰۳
چکیده:
با گسترش روزافزون استفاده از تجهیزات الکترونیکی قابل حمل، شبکههای حسگر بیسیم و اینترنت اشیاء، تأمین انرژی پایدار برای این دستگاهها به یکی از چالشهای اصلی تبدیل شده است. باتریهای شیمیایی سنتی به دلیل عمر محدود، نیاز به تعویض و اثرات مخرب زیستمحیطی، راهحل مطلوبی برای بلندمدت نیستند. در این راستا، برداشت انرژی از محیط و به ویژه ارتعاشات محیطی، به عنوان یک منبع انرژی تجدیدپذیر و همیشگی مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، برداشتکنندههای انرژی خطی معمولی دارای محدودیتهای جدی نظیر پهنای باند فرکانسی محدود و فرکانس تشدید بالا هستند که کارایی آنها را در محیطهای واقعی که دارای فرکانسهای پایین و متغیر هستند، کاهش میدهد.
در این پایاننامه، طراحی و تحلیل یک برداشتکننده انرژی هیبریدی پیزوالکتریک-الکترومغناطیسی تحت اثر جفت شدگی خمش-پیچش با تحریک پایه جدید ارائه شده است. در ساختار پیشنهادی، از یک تیر یکسرگیردار و یک لایه پیزوالکتریک بر روی آن که وظیفه برداشت انرژی به کمک ارتعاشات خمشی و پیچشی تیر را برعهده دارد و همچنین از تیری دیگر در سر دیگر آن متشکل از دو جرم مغناطیسی(آهنربا) که در امتداد و موازی با دو سیمپیچ و نامتقارن نسبت به مرکز تیر قرار گرفتهاند و وظیفه برداشت انرژی الکترومغناطیسی به کمک ارتعاشات پیچشی و خمشی تیر را دارد استفاده شده است. مدل الکترومکانیکی ارائه شده در این پژوهش دینامیک سیستم و برداشت انرژی پیزوالکتریک و الکترومغناطیس را به صورت کوپل مورد بررسی قرار میدهد. با مقایسه با پژوهش های مشابه قبلی و برداشت انرژی فقط از طریق پیزوالکتریک، افزایش برداشت انرژی در مدل حاضر قابل مشاهده است. در تحقیق حاضر، با در نظر گرفتن میکروتیر لاغر با شرایط مرزی یکسر درگیر از فرضیات تیر اولر-برنولی برای استخراج معادلات استفاده میگردد. همچنین میدان جابجایی در پیزوالکتریک یک بعدی و میدان الکتریکی به صورت یکنواخت فرض میشود. ابتدا با استفاده از روش انرژی و با تکیه بر اصل همیلتون، معادلات کوپل الکترومکانیکی حاکم بر سیستم استخراج میشود و سپس با حذف نیروهای خارجی از معادلات فرکانس طبیعی سیستم و با جدایی متغیرها به کمک روش گلرکین، فرکانسهای طبیعی و شکل مدهای سیستم بدست میآید. سپس با استفاده از معادلات لاگرانژین و شکل مدهای بدست آمده معادلات بازنویسی می¬شود. نهایتا با به دست آوردن روابط حاکم بر سیستم، ولتاژ خروجی و در نتیجه آن میزان توان الکتریکی برداشت شده بر اساس تغییر پارامترهای مختلف از قبیل ضخامت و طول تیر، موقعیت قرارگیری اجرام مغناطیسی نسبت به مرکز تیر، تاثیر بارهای مقاومتی R متفاوت، پارامترهای مربوط به اجزای الکترومغناطیسی و همچنین تاثیر برداشت هیبریدی مورد بررسی قرار گرفته است. در انتها مدل حاضر، با مقایسه با مدل های قبلی اعتبارسنجی میشود.
|