بهینه‌سازی شکل یک تیر تک لایه پیزوالکتریک برداشت کننده انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 'گروه سازه‌های هوایی، دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی

2 عضو هیات علمی / دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

3 عضو هیات علمی / دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

چکیده

با رشد روزافزون تکنولوژی و جمعیت، نیاز بشر به منابع انرژی مدام در حال افزایش است. منابع انرژی تجدیدپذیر بهترین گزینه برای تامین این نیازها هستند. استفاده از مواد پیزوالکتریک برای تبدیل ارتعاشات محیط به انرژی الکتریکی یکی از راه کارهای موجود است. در مقاله حاضر، بهینه‌سازی از نوع شکل برای تیر یکسر گیردار بایمورف صورت پذیرفته است. فرض شده است که این تیر تحت تحریک پایه هارمونیک قرار دارد. در این مقاله سیستم برداشت انرژی به همراه مدار الکتریکی در نرم‌افزار کامسول شبیه‌سازی شده است. در این نرم‌افزار شتابی به صورت هارمونیک و با فرکانس‌های مختلف به تکیه‌گاه تیر وارد می‌شود و در هر فرکانس تحریک، ولتاژ و جریان و توان الکتریکی سیستم بدست می‌آید و سپس سعی بر این بوده است که با تغییرات طول، عرض و نسبت ضخامت توان بیشتری حاصل شود. هدف این مقاله، به دست آوردن حالت بهینه‌تر برای ساختمان تیر جهت به دست آوردن توان بیشتر است. این امر معمولا از طریق روش‌های بهینه‌سازی صورت می‌گیرد. از بین چهار روش بهینه‌سازی که مورد مطالعه قرار گرفته روش بهینه‌سازی محدود توسط تقریب درجه دوم بهینه‌تر و هزینه محاسباتی کمتری ارائه می‌نماید. در این تحقیق روش‌های مختلف بهینه‌سازی همگی مرتبه صفر می‌باشند که فقط از مقدار تابع هدف استفاده می‌کنند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Shape optimization of a unimorph piezoelectric energy harvesting beam

نویسندگان [English]

  • Majid Arvan 1
  • Mojtaba Farrokh 2
  • Saied Irani 3
1 Faculty of Aerospace Engineering, K. N. Toosi University of Technology
2 Faculty of Aerospace Engineering, K. N. Toosi University of Technology
3 Faculty of Aerospace Engineering, K. N. Toosi University of Technology
چکیده [English]

With the growth of technology and population, the human need for energy is constantly increasing. Renewable energy sources are the best option to supply this. In this regard, the use of piezoelectric materials to convert environmental vibrations into electrical energy as an energy source for electrically powered electronic components is one of the available options. In the present paper, the shape of a unimorph piezoelectric actuator has been optimized. It is assumed that this beam is triggered by a harmonic base. In this paper, the energy harvesting system, along with its electrical circuit, is simulated in Comsol software. In this software, frequency responses of the voltage, current, and electrical power of the system are obtained and power sensitivity analysis has been performed in regard to the shape parameters of the beam. The goal of this paper is to obtain a more optimal state for the beam shape in order to gain more power. This is usually done through optimization methods. In this research, the adopted optimization techniques are all zero-order, which use only the value of the objective function.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Energy Harvesting
  • Piezoelectric
  • Electrical power
  • Optimization
  • Electrical resistor