Energy harvesting from vibrating cantilever beams with piezoelectric patches and performance enhancement by structural modifications
Piezoelektrik yamalar kullanılarak titreşen kirişlerden enerji hasatı ve yapısal değişiklikler ile performanslarının artırılması
- Tez No: 850129
- Danışmanlar: PROF. DR. SADETTİN ORHAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ankara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 157
Özet
Titreşimli yapılardan piezoelektrik enerji hasadı, bu hareketten faydalanılmaması durumunda boşa gidecek mekanik enerjinin kullanışlı elektrik enerjisine dönüştürülmesi için etkili bir yöntemdir. Ancak, elde edilen enerji düşük seviyelerdedir ve artırılması gerekmektedir. Bu çalışmada piezoelektrik enerji hasatçılarının performansının artırılması, geometri modifikasyonu ve mekanik enerji transferi olmak üzere iki ana bölümde incelenmiştir. İlk olarak, sabit ve değişken kesitli yapılardan enerji hasadı için analitik ve sonlu elemanlar yöntemleri verilmiş ve bu yöntemler, bazı literatür çalışmaları da dahil olmak üzere farklı örneklerle doğrulanmıştır. Daha sonra, enerji hasadını arttırmak için bu analitik metot kullanılarak değişken kesitli yapılar üzerinde bir parametrik çalışma yapılmıştır. Ardından, ökzetik geometrilerin hasat edilen güç üzerindeki etkinliği incelenmiş ve ökzetik olmayan yeni geometriler önerilmiştir. Ökzetik yapılardan elde edilen gücün, standart yapılara kıyasla çok yüksek olduğu görülmüştür; ancak elde edilen güçteki bu artış bazı durumlarda ökzetik olmayan basit dikdörtgen bir yapı kullanılarak da elde edilebilmiştir. Öte yandan, yeni önerilen yapılar tüm durumlarda standart yapılardan daha iyi performans sergilemiş ve çoğu durumda ökzetik geometriden de daha iyi performans göstermiştir. Son bölümde, kiriş ile piezoelektrik yama arasındaki mekanik enerji transferi araştırılmıştır. Piezoelektrik yamaya mekanik enerji transferini tahmin etmek için bir analitik denklem önerilmiş ve bu denklem, kirişin rijitliğinin piezoelektrik yamalarla eşleşecek şekilde uyarlanmasını içeren bir çalışma ile doğrulanmıştır. Son olarak, dondurarak döküm yöntemi, iyi piezoelektrik özelliklere sahip ve mekanik özellikleri kolayca ayarlanabilen piezokompozitler üretmek için bir yaklaşım olarak önerilmektedir. Bu, mekanik enerji transferi yoluyla, hasat edilen gücü maksimize etmek için kullanışlı bir yöntem olarak sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Piezoelectric energy harvesting from vibrating structures is an effective method for capturing dissipated mechanical energy and converting it into useful electrical power. However, power captured from them are in low-levels and needed to be increased. In this study, enhancing performance of piezoelectric energy harvesters was studied in two main parts, geometry modification and improvement of mechanical energy transfer. First, analytical and finite element methods for plain and tapered structures were given and verified through different cases including some literature studies. A parametric study on tapered structures was performed for increased power response using verified analytical method. Then, effectiveness of auxetic geometries on harvested power were investigated through Finite Element Method and some non-auxetic new shapes were introduced for increased power response. It was shown that the power gain from auxetic structures was very high compared to plain structures; however, this increase in power can also be achieved using a non-auxetic simple rectangular structure in some cases. On the other hand, new structures outperformed the plain structure in all cases and performed better than the auxetic geometry in most cases. In the last part of the study, the mechanical energy transfer between the substructure and piezoelectric patch was investigated. An analytical equation to predict mechanical energy transfer into the piezoelectric patch was proposed and validated by a study which includes tailoring stiffness of the beam to match with piezoelectric patches through numerical models and experiments. Finally, freeze casting method is proposed as an approach to produce piezoelectric composites with good piezoelectric properties and mechanical properties that can be easily adjusted to maximise the harvested power via mechanical energy transfer.
Benzer Tezler
- Finite element modeling of a piezo patch energy harvester and equivalent circuit modeling on a thin plate with AC-DC conversion
İnce bir plaka ve piezoelektrik yamadan oluşan enerji üretecinin sonlu elemanlar modelinin ve AC-DC dönüşümü içeren eşdeğer devre modelinin oluşturulması
BUĞRA BAYIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- 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
- Advanced concepts of piezoelectric patch-based energy harvesting and locally resonant bandgap formation in thin plates
Pirometredeki piezoelektrik yama tabanlı enerji toplama ve lokal rezonant bandgap oluşumunun ileri kavramları
AMIRREZA AGHAKHANI
Doktora
İngilizce
2018
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. Dr. IPEK BASDOGAN
- Gelecek nesil kablosuz haberleşme ağları için enerji hasatlama sistemleri
Energy harvesting systems for next generation wireless communication networks
DOĞAY ALTINEL
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- 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