تحلیل اجزای محدود برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک توسط سلول آگزتیک با هندسه جدید

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1107-ISAV2025 (R2)
نویسندگان
1دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس
2دانشجوی کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در این تحقیق تحلیل عددی به روش المان محدود برای یک هندسه جدید برای برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک با نسبت پواسون منفی با الگو برداری از خاصیت ساختارآگزتیک برای افزایش انرژی کرنشی و بطور مشابه برای افزایش کارایی خروجی توان، انجام و توسعه داده شده است. سازه دارای یک تیر از جنس فولاد و یک سلول آگزتیک با جنس مشابه و با هندسه جدید است که در یک انتهای آن قرار داده شده است و یک المان پیزوالکتریک بر روی سلول آگزتیک قرار داده شده است.سیستم برداشت انرژی تحت تحریک پایه با شتاب برابر با شتاب جاذبه زمین نوسان می‌کند.نتایج نشان می‌دهد که هندسه جدید در عین ثابت نگه داشته شدن ابعاد سلول نسبت به هندسه آگزتیک بازگشتی394 درصد افزایش برداشت ولتاژ داشته است.و توان برداشتی نیز در هندسه آگزتیک جدید77/14 برابر شده است. مطابق نتایج برای هندسه آگزتیک بازگشتی ولتاژ بیشینه برابر295/0 ولت است که در فرکانس 265 هرتز استخراج می‌شود که برای هندسه جدید آگزتیک این مقدار برابر 134/1 ولت است که در فرکانس 119 هرتز برداشت می‌شود.
کلیدواژه ها
 
Title
Finite Element Analysis of a Piezoelectric Energy Harvester Based on an Auxetic Cell with a Novel Geometry
Authors
Seyyed Amirhossein Ebadzadeh, Sina Doostali livari
Abstract
In this study, a numerical analysis using the finite element method is performed and developed for a novel geometry of a piezoelectric energy harvester with a negative Poisson’s ratio, inspired by the auxetic structure, to enhance strain energy and consequently improve output power efficiency. The structure consists of a steel beam and an auxetic cell made of the same material with a newly designed geometry, positioned at one end of the beam, with a piezoelectric element attached to the auxetic cell. The energy harvesting system is subjected to base excitation with an acceleration equal to gravitational acceleration. The results show that the proposed new geometry, while maintaining the same overall cell dimensions as the re-entrant auxetic structure, achieves a 394% increase in harvested voltage, and the harvested power is enhanced by a factor of 14.77 compared to the conventional auxetic design. According to the results, for the re-entrant auxetic geometry, the maximum voltage is 0.295 V at a frequency of 265 Hz, whereas for the new auxetic geometry, the maximum harvested voltage reaches 1.134 V at a frequency of 119 Hz.
Keywords
auxetic structure, Energy harvesting, Piezoelectric, Base excitation