view in publisher's site

Study in circular auxetic structures for efficiency enhancement in piezoelectric vibration energy harvesting

Abstract Piezoelectric (PZT) components are one of the most popular elements in vibration sensing and also energy harvesting. They are very well established, cost effective and available in different geometries however there are still several challenges in their application particularly in vibration energy harvesting. They are normally narrow-band elements and work in high-frequency range. Their efficiency and power extraction density are also generally low compared with different electromagnetic techniques. Auxetic structures are proposed here to enhance efficiency of the piezoelectric circular patches in vibration energy harvesting. These kinds of patches namely PZT buzzers are inexpensive (less than 10 USD) elements and easily available. Two novel circular auxetic substrates are proposed to improve power extraction capacity of the conventional piezoelectric buzzers. Negative Poison’s ratio of the proposed meta-structure helps in efficiency enhancement. The concept is introduced, analyzed and verified through the finite element modeling and experimental testing. The idea is proved to work by comparing the harvested electrical power in the auxetic design against the conventional plain system. A parametric study is then carried out and effects of important electrical and geometrical parameters as well as the material property on the power extraction efficiency are assessed to arrive at optimum parameters. It is shown that by employing the auxetic design, a remarkable improvement in the harvested power is achievable. It is shown that for the two proposed auxetic designs, at the resonance frequency, we could reach to 10.2 and 13.3 magnification factor with respect to the plain energy harvester. Another important feature is that the resonant frequency in these new designs is very much lower than the conventional resonators. Results of this study can open a new path to application of inexpensive PZT buzzers in large-scale vibration energy harvesting.

مطالعه در سازه‌های محوری دایره‌ای برای افزایش بازده در برداشت انرژی ارتعاشی پیزوالکتریک

واژه‌های غیرمستقیم: عنوان قهرمانی چکیده: طنز / شوخی: عنوان قهرمانی * بتن‌آرمه: اجزای پیزو الکتریک (PZT)یکی از محبوب‌ترین عناصر در سنجش ارتعاش و همچنین برداشت انرژی هستند. آن‌ها به خوبی تثبیت شده‌اند، مقرون‌به‌صرفه بوده و در هندسه‌های مختلف موجود می‌باشند، با این حال هنوز چالش‌های متعددی در کاربرد آن‌ها به ویژه در برداشت انرژی ارتعاشی وجود دارد. آن‌ها معمولا عناصر باند باریک هستند و در محدوده فرکانس بالا کار می‌کنند. بازده و چگالی استخراج توان آن‌ها نیز به طور کلی در مقایسه با تکنیک‌های الکترومغناطیسی مختلف پایین است. ساختارهای اوکسیتیک در اینجا به منظور افزایش بهره‌وری تکه‌های دایره پیزوالکتریک در برداشت انرژی ارتعاشی پیشنهاد شده‌اند. این نوع وصله‌ها به نام مواد محرک PZT عناصر ارزان (کم‌تر از ۱۰ دلار آمریکا)هستند و به راحتی در دسترس هستند. دو زیر لایه دورانی جدید برای بهبود ظرفیت استخراج توان لاشخورهای پیزوالکتریک معمولی پیشنهاد شده‌است. نسبت منفی ساختار متا در بهبود کارایی کمک می‌کند. این مفهوم از طریق مدل‌سازی آلمان محدود و آزمایش تجربی معرفی، تحلیل و تایید می‌شود. ثابت شده‌است که این ایده با مقایسه قدرت الکتریکی برداشت‌شده در طراحی بوتیک در برابر سیستم ساده معمولی کار می‌کند. سپس یک مطالعه پارامتری انجام می‌شود و اثرات پارامترهای الکتریکی و هندسی مهم و همچنین ویژگی ماده بر بازده استخراج توان برای رسیدن به پارامترهای بهینه ارزیابی می‌شود. نشان‌داده شده‌است که با استفاده از طراحی کسیتیک، بهبود قابل‌توجهی در قدرت برداشت‌شده قابل‌دستیابی است. نشان‌داده شده‌است که برای دو طرح پیشنهادی، در فرکانس تشدید، ما می‌توانیم به ۱۰.۲ و ۱۳.۳ ضریب بزرگنمایی نسبت به ماشین برداشت انرژی ساده برسیم. ویژگی مهم دیگر این است که فرکانس تشدید در این طراحی‌های جدید بسیار کم‌تر از تشدید کننده‌های مرسوم می‌باشد. نتایج این مطالعه می‌تواند یک مسیر جدید برای استفاده از مواد محرک PZT ارزان در برداشت انرژی ارتعاشی در مقیاس بزرگ باز کند. CNN / jats: p.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Multidisciplinary
  • ترجمه مقاله Multidisciplinary
  • مقاله چندرشته‌ای
  • ترجمه مقاله چندرشته‌ای
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

95/12/18 - با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس و کروم٬ چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.