Symulacyjne badanie efektywności belkowego generatora piezoelektrycznego

• Autorzy: Nowak R. , Pietrzakowski M.

Warianty tytułu

EN

Simulation investigation of the piezoelectric beam generator efficiency

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rozważania dotyczą układu pozyskiwania energii elektrycznej w postaci trójwarstwowej belki wysięgnikowej, składającej się ze stalowej warstwy środkowej i zewnętrznych warstw piezoelektrycznych. Odkształcenie belki wywołano przemieszczeniem jej swobodnego końca o ustalonej wartości. W pracy zbadano wpływ parametrów geometrycznych i materiałowych generatora belkowego na pozyskiwane napięcie i energię elektryczną. W porównawczych obliczeniach metodą elementów skończonych, przeprowadzonych przy zastosowaniu modeli płaskich i bryłowych, wykazano dostateczną dokładność modeli płaskich. Wyniki otrzymane uproszczoną metodą analityczną i metodą elementów skończonych przedstawiono graficznie w postaci zależności napięcia lub energii od stosunku grubości warstw. Dla wybranych sztywności warstw wyznaczono wartości stosunku ich grubości, którym odpowiada największa efektywność generatora. Zbliżone wyniki uzyskano w przypadku obu metod obliczeniowych.

EN

The cantilever beam energy harvester consists of three layers, steel in the middle and the two outer piezoelectric layers, was considered. The strain of the beam was caused by the free end static deflection. The influence of the material and the geometry parameters of the beam generator on the generated voltage and the electrical energy was investigated. Sufficient accuracy of the plain and the solid FEM models were proved. The results obtained in the analytical and the FEM ways was compared and shown graphically as the relationship between the generated voltage or energy and the layer thickness ratio. The most effective, from the energy harvesting point of view, thickness and stiffness ratio of the layers was founded. The similar results from both calculation methods were obtained.

Słowa kluczowe

PL

pozyskiwanie energii elektrycznej; generator piezoelektryczny; efektywność; dobór parametrów; płaski i bryłowy model MES

EN

energy harvesting; piezoelectric generator; efficiency; parameter selection; plane and solid FEM models

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Symulacji Komputerowej
• Czasopismo: Symulacja w Badaniach i Rozwoju
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 6, nr 4
• Strony: 265--272
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Nowak R.

• Politechnika Warszawska, IPBM, ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa

autor

Pietrzakowski M.

• Politechnika Warszawska, IPBM, ul. Narbutta 84, 02-524 Warszawa

Bibliografia

• 1. Aronov B.: On the optimization of the effective electromechanical coupling coefficients of a piezoelectric body. J. Acoust. Soc. Am. 114 (2), 2003, 792-800.
• 2. Neubauer M.: Optimal design of piezoelectric actuators for shunt damping techniques. Archives of Acoustics, vol.39, no 4, 2014, 615-6223.
• 3. Nowak R., Pietrzakowski M.: Wpływ parametrów konstrukcyjnych na efektywność belkowego generatora piezoelektrycznego. XXII Warsztaty Naukowe PTSK, Materiały konferencyjne, Szymbark 2015.
• 4. Pietrzakowski. M.: Active vibration control of one-dimensional piezoelectric laminates. Journal of Theoretical and Applied Mechanics, 3,31, 1993, pp. 637-655.
• 5. Whitney J. M.: Structural analysis of laminated anisotropic plates, Tecnomic Publishing Co. Inc., Lancaster 1987.
• 6. Release 11.0 Documentation for ANSYS, ANSYS Ltd. 2.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).