مطالعه عددی و تجربی یک برداشت‌کننده انرژی پیزوالکتریکی دوپایدار مبتنی بر رفتار ضربه- ارتعاشی در یک تیر یکسرگیردار

در این مقاله به منظور افزایش پهنای باند فرکانسی، یک تیر یکسرگیردار پیزوالکتریکی به‌عنوان برداشت کننده انرژی ارتعاشی به یک مانع محدودکننده دامنه حرکت مجهز شده است. این طرح به‌عنوان برداشت کننده انرژی دوپایدار ضربه- ارتعاشی شناخته می‌شود. هدف اصلی این کار بررسی اثر رفتار ضربه- ارتعاشی در پهنای باند فرکانسی برداشت کننده انرژی است. بدین منظور، ابتدا با استفاده از فرض تیر اویلر- برنولی و روش انرژی، معادلات حاکم استخراج شده‌اند. سپس با حل عددی معادلات حاکم، پهنای باند فرکانسی و توان برداشت‌شده در حالت متداول و نیز حالت ضربه‌- ارتعاشی با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج نشان می‌دهد که با بهره‌گیری از رفتار ضربه- ارتعاشی، می‌توان پهنای باند فرکانسی سیستم را 90 درصد افزایش داد. سپس تاثیر فاصله مانع تا تیر و نیز فاصله بین دو آهنربا بر روی پهنای باند فرکانسی سیستم بررسی شده است. در این مطالعه، برای ارزیابی کارایی سیستم و صحت سنجی نتایج، برداشت کننده پیشنهادی بصورت تجربی تحت آزمون قرار گرفته است. نتایج تجربی حاصل، نشان دهنده کارایی عملی مناسب برداشت کننده است.

numerical and experimental study of a vibro- impact bistable piezoelectric cantilever beam energy harvester

in this paper, in order to increase the frequency bandwidth, a bistable unimorph piezoelectric cantilever beam energy harvester is equipped with a unilateral barrier to limit the oscillation amplitude. this novel design is recognized as a bistable vibro-impact energy harvester. the main objective of this work is to investigate the effects of vibro-impact behavior on the frequency bandwidth of a typical bistable energy harvester. initially, by employing euler-bernoulli beam assumption and energy method, the governing equations of motion were derived. subsequently, by numerically solving the governing equations, the frequency bandwidth and harvested power of the system in both typical bistable and vibro- impact bistable systems were compared. according to the obtained results, it was clear by exploiting the vibro- impact behavior, the frequency bandwidth of a typical bistable energy harvester could be increased up to 90%. then, the effects of initial gap between barrier and cantilever beam on the system’s frequency bandwidth were investigated. in this study, some experiments were conducted to evaluate the efficiency of the proposed model and to validate the obtained results.