An investigation of piezoelectric vibration energy harvesting efficiency based on stress distribution
Gerilim dağılımı temelli piezoelektrik enerji hasadı veriminin incelenmesi
- Tez No: 847707
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NEZİH TOPALOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 145
Özet
Mekanik titreşimler, küçük mekanik veya elektrikli cihazları çalıştırmak için bir enerji kaynağı olarak kullanılabilmektedirler. Bu titreşimleri kullanılabilir enerjiye çevirebilmek için mekanik hareketi elektrik enerjisine çeviren piezoelektrik yamalar bulunduran enerji hasadı rezonatörleri kullanılmaktadır. Mevcut piezoelektrik enerji hasadı aygıtlarında enerji dönüşüm verimini artırmak için çeşitli iyileştirmeler yapılmıştır. Kiriş üzerinde bulunan piezoelektrik katman üzerinde oluşan stresin dağılımının optimize edilmesi, bu yöntemlerden biridir ve aynı zamanda bu tezin konusudur. Öncelikle, optimizasyon için kritik olan rezonatör modellenmesi konusu incelenmiştir. Bu kapsamda, tek serbestlik dereceli rezonatörlerin tanım parametreleri için, standart yöntemlerden ve en küçük kareler regresyon modelinden daha etkin bir tahmin yöntemi geliştirilmiştir. Stres dağılımının homojenleştirilmesi için üç farklı yöntem denenmiş ve her yöntem için gerilim dağılımları sayısal ve deneysel olarak belirlenmiştir. İlk yöntemde, dikdörtgen ve üçgenden daha homojen gerilim dağılımı veren bir kiriş en profili elde edilmiştir. İkinci yöntemde, piezoelektrik yama, vibrasyonu sağlayan kirişin sarsıntı ekseniyle yaptığı açının ve de uç kütle açısının yama üzerindeki stres dağılımı üzerine etkisi incelenmiştir. Son olarak, üç boyutlu yazıcı kullanılarak esnek yapılar oluşturulmuş ve bu yapıların yardımıyla bir kaldıraç mekanizması elde edilmiştir. Bu sayede stresin dağılımının iyileştirilmesi hedeflenmiştir. Ayrıca kaldıraç kullanan bir enerji hasatçısı üretilmiş ve piyasada bulunan mikrofiber kompozit piezoelektrik yama kullanılarak üretilen enerji elektriksel olarak ölçülmüştür. Bu çalışmanın, daha verimli piezoelektrik enerji hasatçısı geliştirilmesine katkı sağlayacağı öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
Mechanical vibrations can be used as an energy source to power small mechanical or electrical devices. In order to convert these vibrations into usable energy; resonators, which include energy harvesting piezoelectric patches, can be utilized. Several methods have been proposed towards the aim of increasing the energy conversion efficiency of these energy harvesters. Optimizing the distribution of stress on the piezoelectric layer attached to the beam is one of these methods and is also the main subject of this thesis. Resonator modeling, which is critical for optimization, was examined first. In this context, an effective method was developed to extract the model parameters of single degree of freedom resonators and this method was compared against least squares regression method and other standard methods. Three different approaches were investigated to homogenize the stress distribution. For each of these approaches, the stress distributions were determined numerically and experimentally. In the first method, a beam width profile that gives a more homogeneous stress distribution than rectangular and triangular profiles, was obtained. In the second method, the effect of the eccentricity of the tip mass, and the effect of the angle between the excitation axis and the beam axis on the stress distribution were examined. Finally, compliant structures were created using 3D printing and a lever mechanism was obtained with the help of these structures. In this way, the distribution of stress was improved. Additionally, an energy harvester using the proposed lever mechanism was designed and fabricated, using a commercially available microfiber composite piezoelectric patch. The energy produced using this harvester was measured electrically. It is anticipated that this study will contribute to the development of a more efficient piezoelectric energy harvester.
Benzer Tezler
- Gürültüyü azaltan ve piezoelektrik etki ile enerji hasat eden Helmholtz rezonatörü tasarımı ve analizi
Design and analysis of Helmholtz resonator that reduces noise and harvests energy with piezoelectric effect
ALİ ÖZERMİŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiManisa Celal Bayar ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÖZDE SARI
- Investigation of networked SSHI configurations for plate-based piezoelectric energy harvesting
Plaka tabanlı piezoelektrik enerji hasatlamak için ağ bağlantılı SSHI konfigürasyonlarının incelenmesi
ENGİN TARHAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Elektro eğrilmiş piezo polimer nano kompozit enerji üretecinin piezoelektrik enerji hasat performansının araştırılması
Investigation of piezoelectric energy harvesting performance of electrospun piezo polymer nano composite energy generator
HARUN GÜÇLÜ
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT YAZICI
- Optimization of power output in smart composite panel integrated with piezoelectric patches
Piezoelektrik yamalarla entegre edilmiş akıllı kompozit panelde güç çıktısının optimizasyonu
MUSTAFA KEMAL ACAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ PEYMAN LAHE MOTLAGH
- Vibration energy harvesting a from railway vehicle using commercial piezoelectric transducers
Ticari piezoelektrik güç dönüştürücüleri kullanılarak tren girdisinden titreşim enerji hasadının incelemesi
NAZENİN GÜRE
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Makine MühendisliğiMarmara ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTURUL TAÇGIN
YRD. DOÇ. DR. ALPER ŞİŞMAN