تحلیل اثر شکل لایه پیزوالکتریک بر رفتار مکانیکی تیر برداشت کننده انرژی تحت تحریک جریان گردابی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
کد مقاله : 1001-ISAV2025 (R2)
نویسندگان
1kharazmi
2کرج انتهای خیابن شهید بهشتی دانشگاه خوارزمی منازل مسکونی
چکیده
در این مقاله به بررسی اثر شکل‌های هندسی مختلف لایه پیزوالکتریک بر روی رفتار مکانیکی تیر برداشت کننده انرژی که تحت تحریک ارتعاشات ناشی از ریزش گردابه (VIV) قرار دارد، پرداخته شده است. این پدیده با عبور جریان سیال از روی استوانه‌ی صلبی که به عنوان جرم متمرکز در انتهای آزاد تیر یک سر گیردار نصب شده است، به وقوع می‌پیوندد. نیروهای آیرودینامیکی ایجاد شده در اثر تعامل سازه و سیال با استفاده از معادله نوسانگر وندرپول، مدلسازی شده و معادلات دیفرانسیل حرکت جفت شده نیز با استفاده از اصل همیلتون استخراج می‌شوند، سپس این معادلات با روش مودهای فرضی جداسازی شده و در نهایت با روش عددی حل می‌شوند. در نهایت مقایسه‌ای بر میزان برداشت انرژی و رفتار دینامیکی سیستم، برای سیستم با لایه پیزوالکتریک به شکل‌های مستطیلی، ذوزنقه‌ای و مثلثی ، انجام می‌گیرد. نتایج نشان می‌دهد که افزایش طول لایه پیزوالکتریک تأثیر به سزایی بر افزایش نرخ برداشت انرژی و همچنین گسترش ناحیه لاکین و جابجایی آن به سمت سرعت‌های باد بالاتر دارد.
کلیدواژه ها
موضوعات
 
Title
Analysis of the Effect of Piezoelectric Layer Shape on the Mechanical Behavior of an Energy-Harvesting Beam under Vortex-Induced Flow Excitation
Authors
Abstract
This paper investigates and considers the effect of different geometric shapes of the piezoelectric layer on the mechanical behavior of an energy-harvesting beam subjected to vortex-induced vibrations (VIV). This phenomenon occurs when a fluid flow passes over a rigid cylinder attached as a concentrated mass to the free end of a cantilever beam. The aerodynamic forces generated by the fluid–structure interaction are modeled using the wake oscillator Van der Pol equation, while the coupled differential equations of motion are derived based on Hamilton’s principle. These equations are then separated using the assumed modes method and finally solved numerically. A comparative analysis is conducted on the energy harvesting efficiency and dynamic behavior of the system for piezoelectric layers with rectangular, trapezoidal, and triangular shapes. The results demonstrate that increasing the length of the piezoelectric layer significantly enhances the energy harvesting rate, broadens the lock-in region, and shifts it toward higher wind speeds.
Keywords
Energy harvesting؛ Vortex shedding, Piezoelectric, dynamic behavior, lock-in domain