افزایش برداشت توان الکتریکی از میکروتیر پیزوالکتریک به روش الگوریتم ژنتیک با بهینه کردن هندسی و ماده ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مکانیک، واحد خمینی‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان

2 کارشناسی ارشد، گروه مکانیک، واحد خمینی‌شهر، دانشگاه آزاد اسلامی، خمینی شهر، اصفهان

چکیده

با توجه به رابطه مستقیم میان تغییر شکل حاصل از ارتعاش و ولتاژ تولید شده در سطح میکروتیر پیزوالکتریک ، بررسی نقش ابعاد هندسی این قطعات در ولتاژ تولید شده در اعمال یک نیروی ثابت از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این تحقیق به منظور بهینه سازی ابعاد هندسی میکرو تیر پیزوالکتریک از ابزار الگوریتم ژنتیک نرم افزار متلب استفاده گردید. به این منظور ابتدا رابطه تحلیلی حاکم بر یک میکرو تیر تک لایه پیزو الکتریک در مدل اولر برنولی استخراج گردید و به عنوان تابع هدف در بهینه سازی مورد نظر لحاظ شد سپس متغیر های طول تیر ، طول لایه پیزو الکتریک ، پهنای تیر ، ضخامت لایه پیزوالکتریک و ضخامت تیر به عنوان متغیر های مطلوب برای بیشینه کردن ولتاژ برداشت شده در این بهینه سازی انتخاب گردیدند. برای اطمینان از دقت رابطه تحلیلی ارائه شده در نرم افزار آباکوس میکرو تیر تک لایه پیزوالکتریک مذکور مدل گردید که مقایسه نتایج از انطباق 88 درصدی رابطه تحلیلی و مدل المان محدود حکایت داشت. همچنین مشاهده گردید بهینه سازی با استفاده از ابزار الگوریتم ژنتیک نرم افزار متلب در صورت انتخاب اندازه جمعیت مناسب می تواند تا 59 درصد ولتاژ تولید شده را افزایش دهد و در عین حال بیش از 50 درصد ابعاد میکرو تیر مذکور را کاهش دهد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Enhancement of Power Output Harvesting from Piezoelectric MEMS by Genetic Algorithm Method with Geometric and Material Optimization

نویسندگان [English]

  • majid jabbari 1
  • MEHRAN EGHDAMI 2
1 Assist. Prof., Department of Mechanical Engineering, Khomeinishahr Branch, Islamic Azad University, Khomeinishahr/Isfahan, Iran
2 Master, Department of Mechanical Engineering, Khomeinishahr Branch, Islamic Azad University, Khomeinishahr/Isfahan, Iran
چکیده [English]

According to the direct relationship between the deformation due to vibration and the voltage generated at the Unimorph piezoelectric Surface, it is important to investigate the role of the geometric dimensions of these components in the voltage generated in a constant force application. In this study, in order to optimize the geometric dimensions of the piezoelectric Micro Electro Mechanic Systems (MEMS), the tool of MATLAB software genetic algorithm was used. For this purpose, first the analytical relationship governing a unimorph piezoelectric MEMS in Euler-Bernoulli model was extracted and considered as the objective function in the desired optimization. Then the variables of beam length, piezoelectric layer length, beam width, piezoelectric layer thickness and the thickness of the beam was selected as the optimal variables to maximize the product voltage in this optimization. To ensure the accuracy of the analytical relationship presented in ABAQUS software, the unimorph piezoelectric MEMS was modeled, that showed a 88% compliance between the analytical relationship and the finite element model. It was also observed that optimization using the genetic algorithm tool of MATLAB software, if the suitable population size is selected, can increase the generated voltage by up to 59% and at the same time reduce the dimensions of the unimorph by more than 50%..

کلیدواژه‌ها [English]

  • Genetic algorithm
  • Piezoelectric
  • Optimization
  • Energy harvesting