برداشت انرژی با تیر یکسرگیردار دارای دو مقطع نمایی در شرایط تحریک دورانی تایر

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

2 استادیار، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در این پژوهش، یک مدل برداشت ­کننده انرژی تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک با دو سطح مقطع نمایی در عرض و ضخامت به همراه وزنه موجود در نوک آن، تحت تحریک دورانی تایر برای کاربرد در سیستم نظارت ­بر فشار باد تایر یا TPMS پیشنهاد شده است. معادلات حاکم بر برداشت انرژی توسط  تیر یکسرگیردار دارای مقطع نمایی در شرایط تحریک دورانی تایر برای اولین بار استخراج شد. پژوهش­ های کمی وجود دارد که هر دو ضخامت و عرض تیر را متغیر در نظر گرفته و هیچ تحقیق نظری بر روی این مدل، تحت تحریک دورانی تایر انجام نشده است. نتایج این پژوهش نشان داد، امکان برداشت انرژی با استفاده از تیر با مقطع نمایی در عرض و ضخامت که می‌تواند با وزن کمتر و توان الکتریکی بیشتر طراحی شود میسر می ‌گردد. در پژوهش ‌های آتی می‌ توان به کمک معادلات استخراج شده، از بهینه ­سازی­ با اهداف افزایش توان الکتریکی و کاهش وزن برای یافتن بهترین مقادیر برای ابعاد هندسی مدل استفاده شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] I. Rouf et al., "Security and Privacy Vulnerabilities of {In-Car} Wireless Networks: A Tire Pressure Monitoring System Case Study," In 19th USENIX Security Symposium (USENIX Security 10), 2010. [Online]. Available: https://www.usenix.org/legacy/event/sec10/tech/full_papers/Rouf.pdf.
 
[2] Y.-J. Wang, T.-Y. Chuang, and C. Lee, "Resonant Frequency Self-tunable Piezoelectric Cantilevers for Energy Harvesting and Disturbing Torque Absorbing," Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 285, pp. 25-34, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.sna.2018.10.043.
 
[3] A. E. Kubba and K. Jiang, "A Comprehensive Study on Technologies of Tyre Monitoring Systems and Possible Energy Solutions," Sensors, Vol. 14, No. 6, pp. 10306-10345, 2014, doi: https://doi.org/10.3390/s140610306.
 
[4] H. J. Chilabi et al., "Rotational Piezoelectric Energy Harvesting: A Comprehensive Review on Excitation Elements, Designs, and Performances," Energies, Vol. 14, No. 11, p. 3098, 2021, doi: https://doi.org/10.3390/en14113098.
 
[5] B. Wu, Y. Fang, and L. Deng, "Summary of Energy Collection Application in Vehicle Tire Pressure Monitoring System," In Proceedings of the 2019 4th International Conference on Automation, Control and Robotics Engineering, 2019, pp. 1-6, doi: https://doi.org/10.1145/3351917.3351918.
 
[6] L. Li, J. Xu, J. Liu, and F. Gao, "Recent Progress on Piezoelectric Energy Harvesting: Structures and Materials," Advanced Composites and Hybrid Materials, Vol. 1, pp. 478-505, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s42114-018-0046-1.
 
[7] M. Soleymaniha, M. B. Coskun, H. M. Nasrabadi, A. Alipour, and S. R. Moheimani, "Design, Fabrication and Characterization of Active Atomic Force Microscope Cantilever Arrays," In 2021 IEEE 34th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (MEMS), 2021: IEEE, pp. 883-886, doi: https://doi.org/10.1109/MEMS51782.2021.9375345.
 
[8] C. Bowen and M. Arafa, "Energy Harvesting Technologies for Tire Pressure Monitoring Systems," Advanced Energy Materials, Vol. 5, No. 7, p. 1401787, 2015, doi: https://doi.org/10.1002/aenm.201401787.
 
[9] L. Wang and F. Yuan, "Vibration Energy Harvesting by Magnetostrictive Material," Smart Materials and Structures, Vol. 17, No. 4, p. 045009, 2008, doi: https://doi.org/10.1088/0964-1726/17/4/045009.
 
[10] H. Salmani, G. Rahimi, and S. Hosseini Kordkheili, "An Exact Analytical Solution to Exponentially Tapered Piezoelectric Energy Harvester," Shock and Vibration, Vol. 2015, 2015, doi: https://doi.org/10.1155/2015/426876.
 
[11] D. K. Sahoo and A. K. Pandey, "Performance of Non-uniform Cantilever Based Piezoelectric Energy Harvester," ISSS Journal of Micro and Smart Systems, Vol. 7, pp. 1-13, 2018, doi: https://doi.org/10.1007/s41683-018-0018-2.
 
[12] A. Keshmiri, N. Wu, and Q. Wang, "A New Nonlinearly Tapered FGM Piezoelectric Energy Harvester," Engineering Structures, Vol. 173, pp. 52-60, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2018.06.081.
 
[13] A. H. Alameh, M. Gratuze, and F. Nabki, "Impact of Geometry on the Performance of Cantilever-based Piezoelectric Vibration Energy Harvesters," IEEE Sensors Journal, Vol. 19, No. 22, pp. 10316-10326, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/JSEN.2019.2932341.
[14] Y. Xiong, F. Song, and X. Leng, "A Piezoelectric Cantilever-Beam Energy Harvester (PCEH) with a Rectangular Hole in the Metal Substrate," Microsystem Technologies, Vol. 26, pp. 801-810, 2020, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-019-04608-8.
 
[15] K. Wang, B. Wang, Y. Gao, and J. Zhou, "Nonlinear Analysis of Piezoelectric Wind Energy Harvesters with Different Geometrical Shapes," Archive of Applied Mechanics, Vol. 90, pp. 721-736, 2020, doi: https://doi.org/10.1007/s00419-019-01636-8.
 
[16] P. Hajheidari, I. Stiharu, and R. Bhat, "Performance of Tapered Cantilever Piezoelectric Energy Harvester Based on Euler–Bernoulli and Timoshenko Beam Theories," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 31, No. 4, pp. 487-502, 2020, doi: https://doi.org/10.1177/1045389X19891526.
 
[17]      L. Deng, J. Jiang, L. Zhou, D. Zhang, and Y. Fang, "Design and Simulation of a Frequency Self-tuning Vibration Energy Harvester for Rotational Applications," Microsystem Technologies, Vol. 27, pp. 2857-2862, 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-020-05064-5.
 
[18]      S. Kundu and H. B. Nemade, "Piezoelectric Vibration Energy Harvester with Tapered Substrate Thickness for Uniform Stress," Microsystem Technologies, Vol. 27, pp. 105-113, 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-020-04922-6.
 
[19]      A. Nisanth, K. Suja, and V. Seena, "Design and Optimization of MEMS Piezoelectric Energy Harvester for Low Frequency Applications," Microsystem Technologies, Vol. 27, No. 1, pp. 251-261, 2021, doi: https://doi.org/10.1007/s00542-020-04944-0.
 
[20]      S. Roundy, P. K. Wright, and J. M. Rabaey, "Energy Scavenging for Wireless Sensor networks,"In Norwell: Springer New York, NY, 2003, pp. 45-4, https://doi.org/10.1007/978-1-4615-0485-6.