Wpływ położenia i kształtu elementu piezoelektrycznego na pozyskiwaną energię elektryczną

• Autorzy: Nowak R. , Pietrzakowski M.

Warianty tytułu

EN

Influence of the piezoelectric element position and shape on energy harvesting

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W niniejszej pracy skupiono się na zbadaniu wpływu kształtu i położenia generatora piezoelektrycznego na pozyskiwane napięcie. Rozważono układ mechaniczny w postaci belki wysięgnikowej z przyklejonym przetwornikiem piezoelektrycznym, spolaryzowanym poprzecznie. Zastosowano generator w kształcie prostokątnym i trójkątnym. Na podstawie obliczeń analitycznych dokonano wyboru możliwie efektywnego generatora. Wyznaczono charakterystyki amplitudowo-częstotliwościowe wytwarzanego napięcia w przypadku drgań belki w zakresie pierwszej i drugiej częstotliwości rezonansowej. Do obliczeń porównawczych, przeprowadzonych metodą elementów skończonych (MES), wybrano generator prostokątny, rozłożony na dwóch trzecich długości powierzchni belki. Wykazano zadowalającą zgodność wyników uzyskanych metodą analityczną i MES.

EN

This study focuses on examining the influence of the shape and position of the piezoelectric generator on the harvested voltage. The considered mechanical system is the cantilever beam with the glued transversely polarized piezoelectric transducer. Both rectangular and triangular generators were used. Using analytical calculations, the generator's shape was selected as efficiently as possible. Amplitude-frequency characteristics were determined in the first and second resonant frequency range. The rectangular generator covering two-thirds of the upper surface of the beam was selected for comparative calculations. The results of both methods were compared with acceptable agreement.

Słowa kluczowe

PL

piezoelektryk; belka; MES; pozyskiwanie energii elektrycznej

EN

piezoelectric; beam; FEM; energy harvesting

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Symulacji Komputerowej
• Czasopismo: Symulacja w Badaniach i Rozwoju
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 3, nr 3
• Strony: 131--140
• 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. Buchacz A.; Płaczek M.: Development of Mathematical Model of a Mechatronic System. Solid State Phenomena , vol. 164, 2010, 319-322.
• 2. Friswell M.; Adhikari S.: Sensor shape design for piezoelectric cantilever beams to harvest vibration energy. Journal of Applied Physics, 108, 2010, 014901-014901-6.
• 3. Nowak R.; Pietrzakowski M.: FEM analysis of influence of piezoelectric patch shape on cantilever beam energy harvesters. Machine Dynamics Research , vol. 4, 2012, 60-68.
• 4. Osama J. A.; Tarunraj S.; Wetherhold R. C.: Optimal Size and Location of Piezoelectric Actuator/Sensors:Practical Considerations. Journal of Guidance, Control, and Dynamics , 2000, 509-515.
• 5. Pietrzakowski M.: Active Damping of Beams by Piezoelectric System: Effects of Bonding Layer Properties. International Journal of Solids and Structures, 38, 2001, 7885–7897.
• 6. Pietrzakowski M.: Experiment on a cantilever beam control and theoretical approximation. J. of Theoretical and Applied Mechanics , 40(3), 667-689, 2002.
• 7. Umeda M.; Nakamura K.; Ueha S.: Analysis of the transformation of mechanical impact energy to electric energy using piezoelectric vibrator. Japanese Journal of Applied Physics , Part 1: Regular Papers & Short Notes & Review Papers, vol. 35, 1996, 3267-3273.
• 8. Release 11.0 Documentation for ANSYS, ANSYS Ltd. 2006.