پديد آورنده :
طرفه نژاد، ليلا
عنوان :
برداشت انرژي ناشي از ارتعاشات راهرفتن با استفاده از تير يكسرگيردار با سطوح تماس منحني
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
طراحي جامدات
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مكانيك
صفحه شمار :
دوازده، ۵۸ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
سعيد ضيائي‌راد، رضا تيكني
توصيفگر ها :
اثر پيزوالكتريك , برداشت انرژي , لايه پيزوالكتريك , وصله پيزوالكتريك , تحريك پايه
استاد داور :
مصطفي غيور، حسن نحوي
تاريخ ورود اطلاعات :
1397/05/14
چكيده فارسي :
1 چكيده امروزه با گسترش فناوري و كاهش منابع انرژي طبيعي بيش از پيش نياز به بازيافتكردن انرژيهاي تلفشده در طبيعت است از طرفي افزايش نياز به وسايل الكترونيكي قابلحمل و سبكوزن نياز به جايگزيني يك منبع انرژي ديگر با باتري براي تامين انرژي اين وسايل را اي اد كردهاست استفاده از باتري در اين گونه وسايل كه شامل حسگرهاي بدون سيم وسايل الكترونيكي پزشكي بهكاررفته در بدن سيستمهاي حسگر كنترل فشار تاير و غيره ميشود عالوه بر اي اد محدوديتهايي مانند وزن زياد و تعويض دورهاي سبب آلودگي محيط نيز ميشود يكي از ايدههايي كه ميتواند مشكالت مذكور را حل كند برداشت انرژيهاي موجود در محيط و تبديل آن ها به انرژي الكتريكي مورد نياز است هدف اين پژوهش طراحي و ساخت يك سيستم برداشت انرژي براي برداشت انرژي مكانيكي تلفشده در حركتهاي بدن انسان و تبديل آن به انرژي الكتريكي است براي اين منظور ابتدا يكي از سادهترين مدلهاي برداشت انرژي پيزوالكتريك خطي كه شامل يك تير ساده يكسرگيردار و اليههاي پيزوالكتريك در دو طرف تير ميشود به صورت تحليلي مطالعه شد و روابط الكترومكانيكي مربوط به آن تحت تحريك پايه استخراج گرديد سپس با توجه به چالش افزايش پهناي باند انرژي در سيستمهاي برداشت انرژي پيزوالكتريك يك مدل برداشت انرژي پيزوالكتريك غيرخطي كه شامل يك تير يكسرگيردار همراه با اليههاي پيزوالكتريك و تكيهگاههاي منحنيشكل ميشود جهت برطرفسازي اين چالش و ارتقاي كيفيت برداشت انرژي طراحي و عملكرد آن با سيستم برداشت انرژي پيزوالكتريك خطي مقايسه و برتري آن نسبت به اين سيستمها نشان داده شد در مرحله بعدي آزمايشهاي الزم براي بهدستآوردن شتاب حاصل از راهرفتن در سرعت تقريبي 4 كيلومتريرساعت ان ام شد و سيگنال شتاب بهدستآمد با توجه به اين كه انرژي اين سيگنال در فركانسهاي زير 51 هرتز متمركز بود ابتدا به وسيله سعيوخطا و تغيير ابعاد و پارامترهاي مربوط به سيستم خطي برداشت انرژي پيزوالكتريك كه قبال طراحي شد سيستمي با فركانس طبيعي اول زير 51 هرتز طراحي گرديد سپس با استفاده از اين سيستم يك سيستم برداشت انرژي غيرخطي كه شامل تكيهگاههاي منحنيشكل ميشود طراحي شد اين سيستم از نظر هندسه تكيهگاههاي منحنيشكل و مقاومت الكتريكي براي برداشت ماكزيمم انرژي در سرعت تقريبي 4 كيلومتر بر ساعت بهينهسازي شد در مرحله بعد به جزئيات ساخت سيستم برداشت انرژي پيزوالكتريك غيرخطي بهينهسازيشده پرداخته شد پس از ساخت برداشت انرژي از اين سيستم براي سه تحريك پايه با شتابهاي 7 11 و 21 متربرم ذورثانيه توسط لرزاننده آزمايش شد و نتايج آن با نتايج مدلسازي اين شتابها در نرمافزار المانمحدود انسيس مقايسه و اعتبارسن ي شد براي ان ام آزمايشهاي برداشت انرژي از راهرفتن ابتدا سيستم برداشت انرژي غيرخطي و يك شتابسنج قابلحمل بر روي ناحيه ساق پا نصب شد سپس با استفاده از دستگاه تردميل راهرفتن براي 7 سرعت متفاوت ان ام شد كه در هر آزمايش متوسط شتاب حركت ساق پا و ولتاژ موثر مشخص گرديد در نهايت نتايج بهدستآمده از آزمايش در سرعت 4 كيلومتربرساعت با نتايج حاصل از تحليل المانمحدود در همين سرعت مقايسه و اعتبارسن ي شد كلمات كليدي اثر پيزوالكتريك برداشت انرژي اليه پيزوالكتريك وصله پيزوالكتريك تحريك پايه
چكيده انگليسي :
59 Energy harvesting from walking vibration using a cantilever beam with curved contact surfaces Leila Torfenezhad l Torfenezhad@me iut ac ir Date of Submission 2018 06 26 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language FarsiSupervisor Saeed Ziaei Rad szrad@cc iut ac ir Reza Tikani r tikani@cc iut ac irAbstractToday with development of technology and reduction of natural energy sources it is more than evernecessary to recycle lost energy in nature On the other hand the increased need for portable and lightweightelectronic devices cause to replace battery in these devices with another energy source Using battery in theelectronic devices like wireless sensors medical electronic equipment and tire pressure control systems causesome problems like high weight periodic replacement and also environmental pollution An idea for solvingthese problems is harvesting environmental wasted energy and conversing it to electrical energy The aim of this study is designing and constructing a system to harvest wasted mechanical energy in humanbody movements and convert it to electrical power For this purpose one of the simplest piezoelectric energyharvesters composed of a cantilever beam with piezoelectric layers on two sides of the beam was analyticallystudied The electormechanical relations for its motion under base excitation was extracted For using energyharverster systems in optimaized conditions researchers have tried to expand the frequency bandwith inrecent years To solve the challenge of increasing the frequency bandwidth and improve the performance ofthe harvester a nonlinear piezoelectric energy harvester composed of a cantilever beam with piezoelectriclayers and two curved shape supports was designed First superiority of the proposed system to a linear onewas shown In the next step some tests were performed to obtain the acceleration of walking at anapproximate speed of 4 km h and the acceleration signals were recorded Since the fundamental frequency ofmeasured signal was concentrated in the frequencies below 15 Hz a linear harvester with a first naturalfrequency of less than 15 Hz was designed Then using this linear system a nonlinear energy harvestercomposed of curved supports was designed This nonlinear energy harvester was optimized for geometry ofcurved supports and electrical resistivity to harvest the maximum energy at approximate speed of 4 km h After constructing the optimized nonlinear system the energy harvester was tested under the base excitationat the acceleration of 7 m s2 10 m s2 and 12 m s2 by a shaker The results were validated with the results ofthe finite element modeling in Ansys Finally to measure the energy harvesting from walking the constructedenergy harvester was connected to a person s leg and an accelerometer was attached to the other leg Energyharvesting from the system was measured for 7 speeds using treadmill and the average leg acceleration andthe output voltage were recorded for each test The results of these tests in the speed of 4 km h was in a goodcorrelation with the results of finite element modeling at this speed Keywords Piezoelectric effect energy harvesting piezoelectric layer piezoelectric patch baseexcitation
استاد راهنما :
سعيد ضيائي‌راد، رضا تيكني
استاد داور :
مصطفي غيور، حسن نحوي
