تولید انرژی از میکروتیرهای نانوکامپوزیتی هوشمند به کمک مواد پیزوالکتریک

این مقاله به مبحث تولید انرژی در تیر تقویت‌شده با نانولوله‌های کربنی هدفمند می‌پردازد. تیر مورد نظر تحت بارگذاری ‌هارمونیک محوری قرار دارد و با یک لایه پیزوالکتریک پوشش داده شده است. تاثیرات اندازه با استفاده از نظریۀ گرادیان کرنش فرض می‌شود. مدول موثر یانگ تیر نانوکامپوزیتی با استفاده از قانون اختلاط به دست می‌آید. براساس نظریۀ تئوری سینوسی، روابط نهایی حرکت محاسبه می‌شود. با به‌کارگیری روش‌های تفاضلات مربعی و نیومارک، توان تولیدی و ناحیۀ ناپایداری دینامیکی میکروتیر محاسبه شده است. تاثیرات شرایط مرزی، کسر حجمی و توزیع نانولوله‌های کربنی، اندازه، دما و نسبت طول به ضخامت میکروتیر بر توان تولیدی و منحنی ناحیۀ ناپایداری دینامیکی نشان داده شده‌اند. دستاوردهای عددی نشان می‌دهد ناحیۀ ناپایداری دینامیکی در بسامدهای تشدید بالاتر و با افزایش کسر حجمی نانولوله‌های کربنی رخ داده است. علاوه‌ بر این، توان الکتریکی تولیدشده با افزایش ضخامت لایۀ پیزوالکتریک بیشتر می‌شود.

energy harvesting from smart nanocomposite microbeam using piezoelectric materials

this paper deals with the energy harvesting of microbeam reinforced with functionally graded carbon nanotubes. the microbeam is intended to place a harmonic position. the effects of size are assumed using strain gradient theory. the effective modulus of the nanocomposite beam is obtained using the principle of porosity. based on the theory of sine theory, the final relations of motion are calculated. using the differential square solution and newmark methods, the energy harvesting and dynamic instability region of the microbeam is calculated. the effects of boundary conditions, volume fraction and distribution of carbon nanotubes, size, temperature and length-to-thickness ratio of microbeam on the dynamic instability curve are shown. numerical results show that the dynamic instability region occurred at higher resonant frequencies and with increasing volume fraction of carbon nanotubes. in addition, the resonant frequency is higher for functionally graded carbon nanotubes with x-shaped distribution compared to the uniform state. in addition, the electric power produced increases with the increase in the thickness of the piezoelectric layer.