تاثیر گره‌های کرنشی در برداشت انرژی تیر پیزوالکتریک با تحریک مودهای ارتعاشی

Abstract

برداشت انرژی الکتریکی از تیر یکسردرگیر پیزوالکتریک با تحریک مودهای ارتعاشی حاصل می گردد. مودهای ارتعاشی دارای گره های کرنشی می باشند که توزیع کرنش در راستای تیر در این نقاط تغییر علامت می دهد. مودهای ارتعاشی تیر یکسردرگیر بجز اولین مود دارای گره های کرنشی مشخصی می باشند. از نظر تئوری و هم تجربی نشان داده می شود که گره های کرنشی مودهای ارتعاشی با الکترودهای پیوسته باعث حذف ولتاژ خروجی الکتریکی می گردد. اگر از الکترودهای جدا شده به جای الکترودهای پیوسته استفاده شود ولتاژ خروجی ناشی از تحریک دومین مود می تواند به طور قابل توجهی افزایش یابد. با استفاده از تئوری قانون گوس در معادله مدار لایه پیزوالکتریک تحت خمش دینامیکی، پاسخ ولتاژ ناشی از جفت شدگی الکترومکانیک حاصل می گردد. یکی از پارامترهای موثر در پاسخ ولتاژ، ترم جفت شدگی مودال می باشد که علاوه بر وابستگی به هندسه، جنس و پارامترهای پیزوالکتریک تیر برداشت کننده انرژی، به تابع ویژه شیب خمش محاسبه شده در مرزهای الکترودها نیز وابسته است. اگر شیب ها در مرزهای الکترودهای پیوسته برای شکل مود مربوطه به یکدیگر نزدیک باشند، خروجی الکتریکی در آن مود بسیار کوچک خواهد بود. در این پژوهش با روش های تئوری و تجربی تاثیر گره‌های کرنشی در برداشت انرژی از تیر یکسردرگیر پیزوالکتریک در حالات فرکانس تحریک تشدید و غیر تشدید مورد بررسی واقع می گردد. در عین حال تاثیر بار مقاومتی بر روی نتایج ولتاژ و توان خروجی و حصول بار مقاومتی بهینه مورد توجه قرار می گیرد.