بررسی اثر تغییرات نمایی سطح مقطع بر ولتاژ خروجی برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک با غیرخطینگی هندسی، اینرسی، ماده و میرایی

در این مقاله روابط الکترومکانیکی غیرخطی تیر برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک با مقطع متغیر نمایی ارائه شده است تا تاثیر متغیر نمودن مقطع تیر پیزوالکتریک با تابع نمایی در استخراج توان بیشتر با وزن کمتر از برداشت کننده انرژی بررسی شود. بدین منظور غیرخطینگی های ماده، میرایی، اینرسی و هندسی در نظر گرفته شده است. در بدست آوردن معادلات حرکت فرضیه اویلر برنولی و تغییرات خطی ولتاژ در جهت ضخامت مد نظر گرفته شده است. معادلات حاکم با شکل مودهای متعامد تیر پیزوالکتریک با مقطع متغیر نمایی بهمراه جرم نوک جداسازی شده است. معادلات دیفرانسیل غیرخطی و کوپل حاکم با استفاده از روش مقیاس های چندگانه حل شده اند. ضریب میرایی تیر با استخراج تابع پاسخ فرکانسی شتاب نوک تیر به شتاب تحریک پایه از آزمایشی مناسب در حالت خطی و مدار اتصال کوتاه محاسبه شده است. برای شناسایی ضرایب غیرخطی ماده و صحه گذاری نتایج، شتاب تحریک شیکر افزوده شده است و در نتیجه آن دقت معادلات توسعه یافته مورد تایید قرار گرفته است. بمنظور بررسی اثر متغیر نمودن مقطع تیر بصورت نمایی در کارآیی برداشت کننده انرژی پیزوالکتریک، تاثیر طول، ضریب باریک شوندگی و شتاب تحریک مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه ها:

Piezoelectric ، Energy harvesting ، exponential tapering ، nonlinear ، experimental method ، پیزوالکتریک ، برداشت کننده انرژی ، مقطع متغیر نمایی ، غیرخطی ، روش تجربی