برداشت انرژی از تیر کامپوزیتی لایه ای دارای لایه پیزوالکتریک تحت ارتعاشات اجباری

امروزه استفاده از مبدل پیزوالکتریک به دلیل قابلیت تبدیل انرژی محیطی همچون ارتعاشات مکانیکی به انرژی الکتریکی، کاربرد گسترده ای پیدا کرده است. در یک سازه دارای لایه پیزوالکتریک، علاوه بر خصوصیات پیزوالکتریک، انتخاب خصوصیات بخش غیرپیزوالکتریکی سازه برداشت کننده انرژی نیز از اهمیت بالایی برخوردار است؛ بنابراین در پژوهش حاضر، تولید انرژی الکتریکی از ارتعاشات اجباری تیر کامپوزیتی با لایه پیزوالکتریک مورد بررسی قرارگرفته است. لذا در ابتدا، با استفاده از تئوری تیر اویلر-برنولی، معادلات حرکت سیستم به دست آمده و سپس با استفاده از روش کانتروویچ، روابط ولتاژ خروجی برای یک تیر کامپوزیتی دارای لایه پیزوالکتریک استخراج می گردند. جهت صحتسنجی، نتایج تحلیلی با نتایج حاصل از مدل سازی اجزای محدود مقایسه شده اند که خطای نسبی کمی را نشان می دهند. در ادامه تاثیر زاویه الیاف و نحوه چیدمان لایه های تیر کامپوزیتی دارای لایه پیزوالکتریک بر میزان برداشت انرژی بررسی شده است. مطابق با نتایج به دست آمده، با افزایش مدول الاستیسیته تیر کامپوزیتی و تاثیر آن بر نسبت میرایی سازه، میزان برداشت انرژی به مقدار قابل توجهی بهبود می یابد. همچنین در ادامه اثر ابعاد تیر کامپوزیتی، نسبت ضخامت تیر کامپوزیتی به ضخامت لایه پیزوالکتریک، مقدار جرم متمرکز و نسبت میرایی بر میزان برداشت انرژی بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که با استفاده از مواد کامپوزیتی و با طراحی مناسب لایه چینی و زاویه الیاف در هر لایه، می توان مدول الاستیسیته معادل متفاوتی در تیر کامپوزیتی ایجاد نمود که درنتیجه، فرکانس طبیعی سیستم و میزان دامنه ولتاژ خروجی مدار هم تغییر خواهد کرد.

Keywords:

پیزوالکتریک , تیر کامپوزیتی , ارتعاشات اجباری , کوپل الکترومکانیکی