پاسخ الکتریکی تیر پیزوالکتریک با استفاده از روش سختی دینامیکی

کاهش توان مصرفی وسایل الکترونیکی و نیاز به استفاده از منابع انرژی قابل حمل موجب شده توجّه پژوهشگران به برداشت انرژی از ارتعاشات محیط جلب شود. ازاین‌رو پیش بینی خروجی الکتریکی تیرهای پیزوالکتریک و مدل سازی آنها اهمّیّت ویژه ای پیدا کرده است. در راستای این تلاش ها، در این پژوهش روش سختی دینامیکی برای تیر یکسر درگیر با مقطع یکنواخت به همراه جرم متمرکز توسعه داده می شود ونتایج آن با نتایج حاصل از روش آنالیز مودال تحلیلی مقایسه می گردد که حل آنالیز مودال با پنج مود بسیار به حل به روش سختی دینامیکی نزدیک است.همچنین ماتریس سختی دینامیکی برای تیر دوبخشی توسعه داده می شود و به‌وسیلۀ ماتریس به دست آمده تاثیر محل قرارگیری جرم متمرکز بر خروجی الکتریکی و رفتار سیستم بررسی می گردد. بر این اساس جابجایی جرم متمرکز از پایه به سمت نوک تیر موجب کاهش فرکانس طبیعی اوّل می شود، درصورتی‌که تاثیر این جابجایی بر فرکانس طبیعی دوم به‌صورت تناوبی است.

The Electric Response of Piezoelectric Beam Using Dynamic Stiffness Method

The reduction of electronic devices’s input power and the requirement to portable energy sources have attracted many researchers. Hence, the estimation of electrical output and modeling of piezoelectric beams have became so important. Along this efforts, dynamic stiffness method for a uniform cantilever beam with a tip mass is developed in this research and the result of this method is compared with result of analytical modal analysis method that the differences between dynamic stiffness method and analystical modal analysis method with five mode is very small. Also the dynamic stiffness matrix is developed for a two segmented beam with a tip mass. The effects of the tip mass relocating on electrical outputs and system is explored that the relocating of the tip mass from the base to the tip causes the reduction in first natural frequency of system, although the effects of this relocating on second natural frequency is alternative. Moreover, a place is proposed for the tip mass to harvest the maximum energy.