جلسه دفاع پایان ­نامه کارشناسی ارشد (آقای امین نادرتهرانی)

موضوع:  برداشت انرژی از ارتعاشات پهن باند با استفاده از یک سیستم دوپایداره شامل دو تیر با تغییر شکل خمشی و پیچشی

ارائه دهنده: امین نادرطهرانی

استادان راهنما: دکتر سعید ضیایی‌راد

استادان مشاور: دکتر رضا تیکنی

استادان داور: دکتر حسن نحوی، دکتر علی لقمانی

چکيده:

امروزه به دلیل گستردگی نیاز به انرژی، سیستم های برداشت کننده انرژی از ارتعاشات محیط به طور گسترده برای رفع نیاز سیستم‌های کم توان به مانند حسگرها و باتری‌های دارای قابلیت شارژ مجدد استفاده می‌گردند. به دلیل سادگی و سهولت استفاده از تیر و پیزوالکتریک خطی، ترکیب این دو سازه به وسیله‌ای رایج برای تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی تبدیل شده است. یکی از عیوب اصلی سیستم‌های برداشت کننده انرژی ارتعاشی از محیط، افت شدید انرژی برداشت شده به دلیل کوتاهی پهنای‌باند است که یکی از راه‌های بر طرف سازی این مشکل تبدیل سیستم خطی به سیستم غیرخطی با اضافه کردن آهنربا، انحنای هندسی و غیره به سیستم می‌باشد. در طی سال‌ها، روش‌هایی برای رفع این مشکل به مانند تبدیل فرکانس، استفاده از آرایه‌ای از برداشت کننده‌ها و بهره‌گیری از پاسخ غیرخطی به وجود آمده است. در میان قسمت‌های مربوط به بهره‌گیری از پاسخ غیرخطی، سیستم غیرخطی چندپایداره به دلیل توان خروجی بالا برگرفته از پرش دینامیکی، ویژیگی‌های تطبیق پذیری برای برداشت انرژی از ارتعاشات را به نمایش گذارده است. این پژوهش به بررسی تحلیلی و تجربی برداشت کننده انرژی ارتعاشی پهن‌باند شامل وصله‌ی پیزوالکتریک، دو تیر فرعی با حرکت چرخشی و پیچشی، قید دوطرفه در انتهای تیرها و جرم فشرده می‌پردازد. سیستم با نوآوری الهام گرفته شده از تغییر شکل سریع برگ گیاه مگس‌خوار با ایجاد یک فاصله ثابت بین دو تیر فرعی به یک ساختار کم هزینه چندپایداره دست یافته‌است. رفتار غیرخطی سیستم این پژوهش ناشی از هندسه خاص سیستم است و عدم وجود میدان مغناطیسی خارجی در سیستم کار را برای سنسورها راحت‌تر می‌کند. این ساختار چندپایداره متفاوت از سازه های غیرخطی مغناطیسی و کامپوزیت های دارای تنش باقی مانده می‌باشد، زیرا برداشت کننده پیزوالکتریک چندپایداره ملهم از گیاه مگس‌خوار انرژی پتانسیل تولید شده را توسط قید دوطرفه تیرها ذخیره می‌کند و سپس در رها سازی شدید انرژی در حین تغییر شکل سریع انرژی را برداشت می‌کند. گیاه مگس‌خوار یکی از مثال‌های دقیق، ساختار‌های دوپایدار در طبیعت است که می‌تواند حشرات چابک را با بستن انحنای دو برگ خود در زمان بسیار کوتاه (صد میلی ثانیه) به دام بیندازد. برگ‌های گیاه مگس‌خوار دارای دومنحنی در دو جهت می‌باشد که در حالت باز این انحنا محدب است و در حالت بسته مقعر می‌باشد. این تغییر سریع میان دو حالت پایدار به پدیده پرش نسبت داده می‌شود که با آزاد سازی شدید انرژی در قالب تغییر شکل بزرگ همراه می‌باشد. در پژوهش حاضر به منظور بررسی تاثیر پارامترهای هندسی و مکانیکی سازه بر پهن‌باندی سیستم ابتدا حالت‌های پایدار، دینامیک و برداشت انرژی سازه با استفاده از مدل المان محدود تهیه شده در نرم افزار آباکوس مورد بررسی قرار گرفته‌است. سپس برای صحت سنجی نتایج نیز با ساخت نمونه آزمایشگاهی و تست سیستم با ارتعاشات پایه هارمونیک بر روی لرزاننده سنجشی میان داده‌های تجربی و تحلیلی صورت داده شده‌است. نتایج بیانگر آن است که چه در شتاب پایه کم (کمتر از  g0/8)که سیستم رفتار خطی از خود نشان می‌دهد، چه در شتاب‌های بالا (بیشتر از  g1/2) مدل‌سازی المان محدود به خوبی با داده‌های تجربی تطبیق دارند. سیستم برداشت کننده انرژی ارتعاشی در سطوح دامنه شتاب پایه بالا پهن‌باند خواهد گردد و قابلیت تامین توان  mw 0/288 با مقاوت بار kΩ 3/262 در شتاب پایه g 3 و فرکانس تحریک Hz 12/695 را دارا می‌باشد.

کلمات کليدی:  برداشت انرژی ارتعاشی، برداشت‌کننده‌ی غیرخطی، لایه‌های پیزوالکتریک، سازه‌ چندپایداره