توصيفگر ها :
برداشت انرژي , مسأله ي عبور جرم متحرك , پيزوالكتريك منحني شكل , تير آگزتيك يك سر گيردار , پايش سلامت سازه
چكيده فارسي :
افزايش روز افزون نياز به تأمين انرژي مدارهاي كم مصرف الكترونيكي نظير سنسورها و سيستم هاي بي سيم در سال هاي اخير توجه محققان بسياري را به خود جلب كرده است برداشت انرژي به كمك مواد پيزوالكتريك، از مهم ترين روش هاي برداشت انرژي بوده كه نقش مهمي در تبديل ارتعاشات مكانيكي به انرژي الكتريكي مفيد ايفا مي كند. بررسي رفتار ارتعاشي تيرها، اهميت زيادي در بسياري از كاربردهاي مهندسي هم چون طراحي ماشين ها و سازه ها دارد. يكي از مهم ترين و قديمي ترين مسائل ديناميك سازه كه در اين رابطه مطرح است، تحليل رفتار ديناميكي پل ها تحت عبور جرم متحرك مي باشد كه درجه اهميت بالايي در پايش سلامت و امنيت اين سازه ها دارد. مطالعه حاضر، به منظور بررسي برداشت انرژي از ارتعاشات يك تير تحت عبور جرم هاي متحرك متمركز، گسترده، نابالانس و جرم هاي متوالي با تكيه گاه هاي ساده در دستگاه شبيه ساز پل انجام شده كه در آن، برداشت كننده يك سر گيردار با زيرلايه ي پيزوالكتريك با هندسه آگزتيك، منحني شكل و ادغامي از منحني شكل آگزتيك، پيگيري خواهد شد. ساختارهاي آگزتيك مورد بررسي، هندسه هاي درون رو (ري-انترنت)، لوزي شكل و دو سر پيكان مي باشند. در قسمت نخست اين پژوهش، به بررسي تئوري و شبيه سازي اجزاء محدود مسأله ي عبور جرم متحرك از روي تير پرداخته مي شود. در بخش دوم، برداشت انرژي به وسيله تير آگزتيك، از لحاظ تجربي، تئوري و شبيه سازي اجزاء محدود بررسي مي گردد. بعد از آن، به ترتيب، به بررسي تئوري و شبيه سازي اين پديده، به وسيله برداشت كننده ي منحني شكل نيم لوله اي با طرح آگزتيك پرداخته مي شود. از روش تقريبي ونتزل-كرامرز-بريلوين (WKB) براي استخراج روابط تئوري تير اويلر-برنولي استفاده مي گردد. نتايج تئوري بخش دوم با آزمايشات تجربي صحت سنجي مي شوند. حداكثر ميزان توان خروجي تحت تحريك پل با جرم گسترده عبوري از روي آن، توسط برداشت كننده آگزتيك با ساختارهاي تخت و منحني شكل سلول واحد دو سر پيكان، به ترتيب، به ميزان 1/13 و 1/29 ميكرووات گزارش شد. هم چنين، بيشينه مقدار انرژي برداشت شده در ساختارهاي تخت، به ازاي نيروي واحد اعمال شده به پل در اثر عبور جرم هاي متوالي، مربوط به ساختار تخت دو سرپيكان، 1/63 ميكروژول در واحد نيوتن به دست آمده است.
چكيده انگليسي :
In recent years, the increasing demand for supplying energy to low-consumption electronic circuits, such as sensors and wireless systems, has captured the attention of numerous researchers. Energy harvesting through the utilization of piezoelectric materials stands out as one of the most significant methods for generating energy. This method plays a crucial role in converting mechanical vibrations into valuable electrical energy. The analysis of vibration behavior in beams holds substantial importance across various engineering applications, including machine and structure design. A prominent and longstanding issue within structural dynamics pertains to the dynamic behavior analysis of bridges when subjected to the passage of moving masses. This consideration is of paramount importance in monitoring the health and safety of these structures. The present study aims to investigate energy harvesting from beam vibrations caused by the passage of concentrated, distributed, unbalanced, and successive masses with simple supports in a bridge simulator. The cantilever energy harvester is accomplished using a piezoelectric substrate with an auxetic structure, an arc-shaped substrate, and an integration of the arc-shaped auxetic structure. The investigated auxetic structures are re-internet, missing rib, and double arrowhead patterns. The first part of this research focuses on the theory and finite element simulation related to the moving mass on the beam problem. In the second part, energy harvesting via an auxetic beam is explored through experimental investigation, theoretical analysis, and finite element simulation. After that, the theory and simulation of this phenomenon will be examined using a semi-tubular-shaped harvester with an auxetic structure. The approximate WKB method is employed to derive equations based on the Euler-Bernoulli beam theory. The theoretical results of the second part are verified through experimental tests. The highest power output is reported when the bridge is excited by the passage of a distributed mass using the auxetic harvester in both flat and curved structures with the double arrowhead unit cell, which are reported as 1.13 and 1.29 μW, respectively. Additionally, the maximum amount of energy extracted from the flat structures per unit force applied to the bridge due to the passage of consecutive masses, corresponding to the double arrowhead flat structure, is 1.63 μJ/N.
