نشریه مهندسی مکانیک ایران

نشریه مهندسی مکانیک ایران

شبیه ‌سازی کنترل بازخورد نوسانات القایی تیغة پیزوالکتریک به عنوان حسگر و مولد انرژی الکتریکی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس و دینامیک سیالات محاسباتی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قم، قم، ایران
2 دانشیار، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس و دینامیک سیالات محاسباتی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قم، قم، ایران
3 دستیار پژوهشی، آزمایشگاه پژوهشی توربولانس و دینامیک سیالات محاسباتی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه قم، قم، ایران،
چکیده
پژوهش حال حاضر حسگر تیغه پیزوالکتریک را از مناظر گوناگون به منظور کنترل نوسانات سیلندر دایروی حاضر در بالادست تیغه پیزوالکتریک و کنترل جریان نوسانی سیال اطراف تیغه با استفاده از نیروی برآ بر روی تیغه پیزوالکتریک را مورد مطالعه قرار داده‌ است. چیدمان مورد نظر یک تیغه پیزوالکتریک در پایین دست یک سیلندر دایروی قرار گرفته و به کمک حد خاصی از نوسانات تیغه، ضریب سختی فنر سیلندر با فرض از مقدار (N/M)65 در حالت عادی به (N/M) 100 در حالت لزوم اعمال کنترل ‌کننده و همچنین در حالات دیگر نرخ میرایی با فرض از مقدار صفر به (Nm/S)02/0 افزایش می‌ یابد و از این طریق، نوسانات سیلندر کنترل می ‌شود. به همین ترتیب با کنترل نوسانات سیلندر اثر آن بر نوسانات تیغه که در پایین دست واقع شده، تحت عنوان اثرات بازخورد مورد بررسی واقع شده ‌است. با کنترل بازخورد نیروی وارد بر روی تیغه پیزوالکتریک در یک حلقه بسته می توان بر میزان جا به جایی نوک تیغه و نیروی برآ بر روی تیغه پیزوالکتریک نظارت داشت. در این بررسی ‌ها مشخص شده که در حالتی که حد خاص اعمال کنترل ‌کننده 7/0 میلیمتر نوسانات نوک تیغه پیزوالکتریک باشد، به دلیل اعمال زودتر کنترل ‌کننده نسبت به حد خاص 1 و 2 میلیمتر نوسانات نوک تیغه، نوسانات سیلندر بیشتر کنترل شده و محدوده نوسانات آن کمتر است. همچنین با مقایسه حالتی که کنترل کننده وارد مدار شده است نسبت به حالت بدون کنترل ‌کننده مشخص است نوسانات تیغه و سیلندر تا حدی تحت کنترل قرار گرفته اند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] P. Spies, M. Pollak, and L. Mateu, "Handbook of Energy Harvesting Power Supplies and Applications," 1st Edition, CRC Press, 2015, https://doi.org/10.1109/MIE.2016.2554721.
 
[2] V. Balamurugan, and S. Narayanan, "Active Vibration Control of Smart Shells using Distributed Piezoelectric Sensors and Actuators," Smart Materials and Structures, Vol. 10, No. 2, P. 173, 2001, https://doi.org/10.1016/S0168-874X(00)00070-6.
 
[3] S. Lau, K. W. Kwok, H. Chan, and C. Choy, "Piezoelectric Composite Hydrophone Array," Sensors and Actuators A: Physical, Vol. 96, No. 1, PP. 14-20, 2002, https://doi.org/10.1016/S0924-4247(01)00757-9.
 
[4] Y. Zhang, H. Niu, S. Xie, and X. Zhang, "Numerical and Experimental Investigation of Active Vibration Control in a Cylindrical Shell Partially Covered by a Laminated PVDF Actuator," Smart Materials and Structures, Vol. 17, No. 3, P. 035024, 2008, https://doi.org/10.1088/0964-1726/17/3/035024.
 
[5] S. Ringwelski, and U. Gabbert, "Modeling of a Fluid-loaded Smart Shell Structure for Active Noise and Vibration Control using a Coupled Finite Element–boundary Element Approach," Smart Materials and Structures, Vol. 19, No. 10, P. 105009, 2010, https://doi.org/10.1088/0964-1726/19/10/105009.
 
[6] X. Cao, L. Shi, X. Zhang, and G. Jiang, "Active Control of Acoustic Radiation from Laminated Cylindrical Shells Integrated with a Piezoelectric Layer," Smart Materials and Structures, Vol. 22, No. 6, P. 065003, 2013, https://doi.org/10.1088/0964-1726/22/6/065003.
 
[7] N. Tsushima, and W. Su, "Flutter Suppression for Highly Flexible Wings using Passive and Active Piezoelectric Effects," Aerospace Science and Technology, Vol. 65, PP. 78-89, 2017, https://doi.org/10.1016/j.ast.2017.02.013.
 
[8] H. Liu, and X. Wang, "Aeroservoelastic Design of Piezo-composite Wings for Gust Load Alleviation," Journal of Fluids and Structures, Vol. 88, PP. 83-99, 2019, https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2019.04.010.
 
[9] D. Asadi, and T. Farsadi, "Active Flutter Control of Thin Walled Wing-engine System using Piezoelectric Actuators," Aerospace Science and Technology, Vol. 102, P. 105853, 2020, https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.105853.
 
[10] S. M. Hasheminejad, and Y. Masoumi, "Hybrid Active Flow Induced Vibration Control of a Circular Cylinder Equipped with a Wake-mounted Smart Piezoelectric Bimorph Splitter Plate," Journal of Fluids and Structures, Vol. 110, P. 103531, 2022, https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2022.103531.
 
[11] H. D. Akaydin, N. Elvin, and Y. Andreopoulos, "Energy Harvesting from Highly Unsteady Fluid Flows using Piezoelectric Materials," Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 21, No. 13, PP. 1263-1278, 2010, https://doi.org/10.1177/1045389X10366317.
 
[12] N. G. Elvin, N. Lajnef, and A. A. Elvin, "Feasibility of Structural Monitoring with Vibration Powered Sensors," Smart Materials and Structures, Vol. 15, No. 4, P. 977, 2006, https://doi.org/10.1088/0964-1726/15/4/011.
 
[13] M. Heidari, and M. K. Moayyedi, "Numerical Simulation of Induced Vibrations Due to Low Frequency Flow Oscillations around Piezoelectric Blades to Design the Best Configuration for Energy Harvesting," Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, Vol. 54, No. 9, pp. 2009-2040, 2022, https://doi.org/10.22060/MEJ.2022.21049.7367.

  • تاریخ دریافت 12 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری 11 خرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 03 تیر 1403