ANALIZA NUMERICĂ A RĂSPUNSULUI ÎN TIMP A UNUI RECOLTATOR PIEZOELECTRIC UNIMORF ȘI BIMORF

Autori

  • YELDA VELI Politehnica
  • CLAUDIA SĂVESCU Romanian Research and Development Institute for Gas Turbines COMOTI
  • ALEXANDRU M. MOREGA University POLITEHNICA of Bucharest
  • DANIEL COMEAGĂ University POLITEHNICA of Bucharest

Cuvinte cheie:

recoltarea energiei, piezoelectric, răspuns în timp, metoda elementului finit

Rezumat

 Lucrarea prezintă evaluarea răspunsului electric al unui dispozitiv piezoelectric de recoltare a energiei unimorf și bimorf, cu unul și respectiv două plăcuțe piezoceramice active, prin intermediul simulărilor numerice. Au fost obținute tensiunile sinusoidale în studiul tranzitoriu, cu un pas de timp corespunzător frecvenței naturale găsite după efectuarea unui studiu de frecvențe proprii. Tensiunile la borne obținute sunt în conformitate cu teoria barei Euler-Bernoulli și cu distanța straturilor piezoelectrice de la fibra neutră. Dacă se adaugă fizica de circuit electric pentru a forma un circuit intern închis, ar trebui să se obțină un singur răspuns în tensiune sinusoidal unificat, care să coincidă cu semnalul de vibrație de intrare aplicat. Tensiunile independente ale straturilor unei structuri piezoelectrice cu mai mult de un strat (de obicei două sau patru straturi) nu pot fi observate experimental, deoarece un dispozitiv piezoelectric tip microgrindă în consolă dispune de doar două terminale care preiau răspunsul electric global de la toate straturile, dând o singură tensiune de ieșire sinusoidală.

Referințe

(1) Y. Wang, Y. Lv, B. Lv, Y. Zhang, Modeling, Simulation and analysis of intermediate fixed piezoelectric energy harvester, Energies, 15, 9, p. 3294, 2022,

(2) B. Debnath, R. Kumar, A comparative simulation study of the different variations of PZT piezoelectric material by ising A MEMS vibration energy harvester, IEEE Transactions on Industry Applications, 58, 3, pp. 3901–3908, 2022.

(3) B. Sirisha, S. Chella, S. Sunithamani, M. Ravi Kumar, J. Lakshmi Prasanna, Simulation and analysis of piezoelectric energy harvester with various proof-mass geometries, International Journal of Online and Biomedical Engineering (iJOE), 18, 07, pp. 14–26, 2022.

(4) S. Seok, A. Brenes, C. Yoo, E. Lefeuvre, Experiment and analysis of a piezoelectric energy harvester based on combined FEM modeling and spice simulation, Microsystem Technologies, 28, 9, pp. 2123–2130, 2022.

(5) T. Jalabert, M. Pusty, M. Mouis, G. Ardila, Investigation of the diameter-dependent piezoelectric response of semiconducting ZnO nanowires by Piezoresponse Force Microscopy and FEM simulations, Nanotechnology, 34, 11, p. 115402, 2022.

(6) R. R. Singh, D. Kumar, and M. Paswan, numerical simulation of bimorph piezoelectric beam with circular holes, Journal of The Institution of Engineers (India): Series D, 2022,

(7) W. Mo, S. Huang, N. Liu, Design and simulation of broadband piezoelectric energy harvester with multi-cantilever, Proceedings of IncoME-VI and TEPEN, pp. 841–851, 2022.

(8) H.Y. Wang, X. B. Shan, T. Xie, Equivalent circuit simulation model of cantilevered piezoelectric bimorph energy harvester, Applied Mechanics and Materials, 148–149, pp. 245–249, 2011.

(9) M. Reyaz Ahmad Vali, S. Faruque Ali, Harvesting Energy from a Series of Harvesters, Recent Advances in Computational Mechanics and Simulations, pp. 573–585, 2020.

(10) M.A. Bani-Hani, A.M. Almomani, K.F. Aljanaideh, S.A. Kouritem, Mechanical modeling and numerical investigation of earthquake-induced structural vibration self-powered sensing device, IEEE Sensors Journal, 22, 20, pp. 19237–19248, 2022.

(11) Hosokawa, Piezoelectric finite-difference time-domain simulations of piezoelectric signal generated in cancellous bone by ultrasound irradiation, The Journal of the Acoustical Society of America, 152, 4, pp. A251–A251, 2022.

(12) C. Săvescu, D. Comeagă, A. Morega, Y. Veli, Experimental tests with piezoelectric harvester for tuning resonant frequency to vibrating source, Revue Roumaine des Sciences Techniques, Série Électrotechnique et Énergétique, 67, 4, pp. 457–460, 2022.

(13) C.I. Borzea, C.D. Comeagă, M.N. Uddin, R.D. Hrițcu, V.L. Ringheanu, Improving the electric response of a cantilever piezoelectric energy harvester by constraining tip curvature, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 997, p. 012038, 2020.

(14) C. Borzea, D. Comeagă, A. Stoicescu, C. Nechifor, Piezoelectric harvester performance analysis for vibrations harnessing, U.P.B. Scientific Bulletin, Series C Electrical Engineering and Computer Science, 81, 3, pp. 237-248, 2019, ISSN 2286-3540.

(15) Stoicescu, M. Deaconu, R.D. Hritcu, C.V. Nechifor, V.A. Vilag, Vibration energy harvesting potential for turbomachinery applications, INCAS Bulletin, 10, 1, pp. 135-148, 2018,

(16) ***Midé Technology, PPA PRODUCTS Datasheet & User Manual, 2017. https://cdn2.hubspot.net/hubfs/3841176/Data-Sheets/ppa-piezo-product-datasheet.pdf.

(17) C.I. Borzea, C.D. Comeagă, Reliability of Euler-Bernoulli model for multilayer composite piezoelectric beams, 11th International Symposium on Advanced Topics in Electrical Engineering (ATEE), 2019.

(18) ***Comsol Multiphysics, v. 6.1.

Descărcări

Publicat

09.03.2023

Număr

Secțiune

APLICAŢII

Cum cităm

ANALIZA NUMERICĂ A RĂSPUNSULUI ÎN TIMP A UNUI RECOLTATOR PIEZOELECTRIC UNIMORF ȘI BIMORF. (2023). ACTUALITĂŢI ŞI PERSPECTIVE ÎN DOMENIUL MAŞINILOR ELECTRICE, 18(1), 118-124. https://journal.iem.pub.ro/apme/article/view/359