مقایسه روش المان محدود و روش جدا سازی متغیرها در بررسی رفتار فرکانسی تیر پیزوالکتریکی بایمورف

در سال های اخیر برای محاسبه انرژی خروجی از پیزوالکتریک ها از انواع روش های تحلیلی استفاده شده است ولی استفاده از روش المان محدود با استفاده از نرم افزارهای تحلیلی در انواع اتصالات مداری صفحات پیزوالکتریکی اتفاقی نو در این حوزه است به همین علت در این مقاله سعی شده است که برای اولین بار میان شکلی از تحلیل عددی به نام روش تحلیلی جداسازی متغیرها با تحلیل روش المان محدود به کمک نرم افزار آباکوس مقایسه انجام شود تا مزیت های این دو روش نسبت به هم در انواع حالت های اتصال صفحات پیزوالکتریکی مشخص گردد. مدل موردنظر، یک تیر بایمورف با دولایه پیزوالکتریک و یک لایه ی مرکزی الاستیک است. این تیر بایمورف با تحریک پایه در فرکانس های مختلف شروع به ارتعاش می کند. در ابتدا از روش تحلیلی جداسازی متغیرها در حالت پایا برای بررسی رفتار فرکانسی تیر بایمورف استفاده شده است. در این روش ابتدا معادلات حرکت در حالت مداری موازی و سری به صورت پارامترهای مجزا به دست می آیند. سپس به کمک اصل جداسازی متغیرها، معادلات حل شده اند و دو معادله ی کوپل شده ی مکانیکی و الکتریکی به دست می آیند. درنهایت، ولتاژ, جریان و توان الکتریکی خروجی برحسب فرکانس به دست آمده اند. در ادامه برای بررسی به روش المان محدود، تیر بایمورف به کمک نرم افزار آباکوس مدل می شود. بعد از محاسبه ولتاژ خروجی، جریان و توان الکتریکی خروجی نیز به دست می آیند. و نتایج دو روش المان محدود و جداسازی متغیرها در حالت پایا باهم مقایسه و صحت سنجی شده اند.

کلیدواژه ها:

Piezoelectric ، Finite element ، Energy harvesting ، Bimorph beam ، پیزوالکتریک ، المان محدود ، دریافت انرژی ، تیر بایمورف