مجله علمی صوت و ارتعاش

مجله علمی صوت و ارتعاش

برداشت انرژی ارتعاشی از ورق دایره‌ای چرخان با وصله‌ی پیزوالکتریک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ، دانشکده مکانیک
2 استاد دانشکده مکانیک دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
برداشت انرژی ارتعاشی یکی از روش‌های نوین تأمین انرژی برای سامانه‌های کم‌مصرف است که در سال‌های اخیر توجه پژوهشگران را به خود جلب کرده است. در این پژوهش، برداشت انرژی ارتعاشی از یک ورق دایره‌ای چرخان مجهز به وصله پیزوالکتریک بررسی می‌شود. بدین منظور، معادلات حاکم بر ارتعاشات ورق با در نظر گرفتن اثر نیروی گریز از مرکز و کوپل الکترومکانیکی استخراج شده و فرکانس‌های طبیعی، ولتاژ و توان الکتریکی تولیدی مورد مطالعه قرار می‌گیرد. حل معادلات با استفاده از روش عددی مربعات دیفرانسیلی تعمیم‌یافته انجام شده و تأثیر پارامترهایی نظیر اندازه و ضخامت وصله پیزوالکتریک، موقعیت نصب آن و ابعاد دیسک بر عملکرد سامانه بررسی می‌شود. نتایج نشان می‌دهد دوران ورق بر ویژگی‌های دینامیکی و میزان توان برداشت‌شده اثر قابل‌توجهی دارد، به‌طوری‌که چگالی توان تولیدی حدود 3.45 میکرووات بر میلی‌متر مکعب به دست آمده است. در نهایت، به‌منظور اعتبارسنجی، فرکانس‌های طبیعی و پاسخ سامانه با نتایج شبیه‌سازی المان محدود در نرم‌افزار COMSOL مقایسه شده و تطابق مناسبی مشاهده می‌شود.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Vibration Energy Harvesting from a Rotating Circular Plate with a Piezoelectric Patch

نویسندگان English

ٍErfan Rastegar 1
Ali Asghar Jafari 2
1 Department of Mechanical Engineering , Khajeh Nasir Toosi University of Technology
2 Professor, Faculty of Mechanical Engineering, Khajeh Nasir Toosi University of Technology
چکیده English

Vibration energy harvesting is one of the emerging approaches for supplying power to low‑power systems and has attracted considerable attention from researchers in recent years. In this study, vibration energy harvesting from a rotating circular plate equipped with a piezoelectric patch is investigated. The governing equations of the plate vibrations are derived by considering the effects of centrifugal force and electromechanical coupling, and the natural frequencies, generated voltage, and electrical power are analyzed. The equations are solved using the Generalized Differential Quadrature Method (GDQM), and the effects of parameters such as the size and thickness of the piezoelectric patch, its installation position, and the disk dimensions on the system performance are examined. The results indicate that the rotation of the plate has a significant influence on the dynamic characteristics and the harvested power. The maximum generated power density is obtained as approximately 3.45 μW/mm³. Finally, for validation purposes, the natural frequencies and system response are compared with finite element simulation results obtained using COMSOL software, showing good agreement.

کلیدواژه‌ها English

Vibration Energy Harvesting
Rotating Circular Plate
Piezoelectric Materials
Electromechanical Coupling