Badania symulacyjne piezoelektrycznego dwubelkowego układu pozyskiwania energii elektrycznej

• Autorzy: Nowak R. , Pietrzakowski M.

Warianty tytułu

EN

Simulation investigations of the double beam piezoelectric energy harvester

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaproponowany układ dwubelkowy składa się z generatora z warstwami piezoelektrycznymi i wzmacniacza drgań. Wymuszenie kinematyczne zrealizowano jako harmoniczny poprzeczny ruch podpory. W pracy skupiono się na wpływie parametrów geometrycznych i materiałowych wzmacniacza na efektywność zamiany energii mechanicznej w energię elektryczną. Wyniki otrzymane metodą analityczną i metodą elementów skończonych przedstawiono w postaci charakterystyk amplitudowo-częstotliwościowych generowanego napięcia. Porównano wybrane maksymalne wartości amplitudy napięcia i częstości drgań własnych, zestawiając je w tabelach. Na podstawie oszacowanych błędów względnych stwierdzono poprawność zastosowanego modelu MES.

EN

In this paper the double beam system, which consists of generator (with piezoelectric layers) and resonator, was presented. Excitation was realized by the transverse harmonic movement of the support. The influence of geometrical and material properties of the resonator on the efficiency of conversion from mechanical energy into electrical energy were investigated. Results obtained by the analytical and the finite element method were shown as amplitude-frequency characteristics of the generated voltage. Comparison of the maximum voltage amplitude and the natural frequencies was summarized in the tables. On the basis of relative errors the correctness of the FEM model was confirmed.

Słowa kluczowe

PL

generator piezoelektryczny; MES; metoda elementów skończonych; pozyskiwanie energii elektrycznej; układ dwubelkowy

EN

piezoelectric generator; FEM; finite element method; energy harvesting; double cantilever beam

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Symulacji Komputerowej
• Czasopismo: Symulacja w Badaniach i Rozwoju
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 6, nr 3
• Strony: 185--192
• Opis fizyczny: Bibliogr. 8 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. Abdelkefi A., Najar F., Nayfeh A.H., Ben Ayed S.: An energy harvester using piezoelectric cantilever beams undergoing coupled bending–torsion vibrations. Smart Materials and Structures no 20, pp. 1-11, 2011.
• 2. Freundlich J.; Pietrzakowski M.: Symulacja MES pomiaru drgań dźwigara kratowego przy pomocy rozłożonych czujników piezoelektrycznych. Kwartalnik Symulacje w Badaniach i Rozwoju nr 1/2011, pp. 5-13, Warszawa, 2011.
• 3. Vijayan K., Friswell M.I., Haddad Khodaparast H., Adhikari S.: Non-linear energy harvesting from coupled impacting beams. International Journal of Mechanical Sciences no 96-97, pp. 101-109, 2015.
• 4. Malakooti M. H., Patterson B. A., Hwang H., Sodano H. A.: ZnO nanowire interfaces for high strength multifunctional composites with embedded energy harvesting. Energy & Environmental Science 9, pp. 634-643, 2016.
• 5. Gasic V., Obradovic A., Petkovic Z.: Mathematical modelling of the in-plane vibrations of portal cranes with FEM verification. Proceedings of Machine Design, 18th May 2009, Novi Sad.
• 6. Pietrzakowski M.; Nowak R.: Wpływ położenia i kształtu elementu piezoelektrycznego na pozyskiwaną energię elektryczną. Kwartalnik Symulacja w Badaniach i Rozwoju, nr 3/2012, pp. 5-15, Warszawa, 2013.
• 7. Release 11.0 Documentation for ANSYS , ANSYS Ltd. 2006.
• 8. http://www.mide.com/collections/vibration-energy-harvesting-with-protected-piezos.

Uwagi

PL

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