پاسخ الكتريكي تير غيرخطي پيزوالكتريك حاصل از تحريك هارمونيك پايه تير و تغيير موقعيت جرم متمركز

Electric Response of Piezoelectric Nonlinear Beam with the Harmonic Base Excitation and Change Concentrated Mass

ارتعاشات سازه يك منبع مهم براي برداشت انرژي است كه مي‌تواند با تحريك هارمونيك حاصل شود. رفتار سازه پيزوالكتريك با جفت‌شدگي بين پارامترهاي الكتريكي و مكانيكي مدل مي‌شود. اين مدل مي‌تواند به‌صورت تير انعطاف‌پذيري باشد كه در آن كرنش‌هاي بزرگ ايجاد مي‌شود. كرنش‌ها و تغيير شكل چرخشي بزرگ در رفتار سازه غيرخطي باعث مي‌شود كه نتايج حاصل از تئوري خطي مناسب و قابل قبول نباشند و در اين حالت بايد از تئوري غيرخطي استفاده شود. براي حل معادلات حركت و كوپل بين معادلات از روش نيومارك استفاده مي‌شود. با درنظرگرفتن نوع ميرايي تناسبي اثر سختي غيرخطي نيز در محاسبه ميرايي اعمال شود. در اين تحقيق، راستي‌آزمايي نتايج روش عددي اجزا محدود با روش تجربي براي بررسي پاسخ تير نمونه غيرخطي پيزوالكتريك با تحريك هارمونيك ارايه مي‌شود. براي بررسي نتايج در روش عددي، برنامه اجزاي محدود توسعه داده شده و پاسخ الكتريكي تير غيرخطي پيزوالكتريك حاصل مي‌شود. اجراي آزمايش روي تير پيزوالكتريك دوشكلي با وجود جرم متمركز و جابه‌جايي آن در طول تير تحت تحريك بار هارمونيك و مقايسه نتايج عددي با نتايج آزمايش صورت مي‌گيرد. نتايج حاصله تاثير خصوصيت پيزوالكتريك در پاسخ فركانسي تير غيرخطي و اثر موقعيت جرم متمركز در ولتاژ خروجي را نشان داده و مناسب‌ترين حالت موقعيت جرم متمركز براي حصول بيشترين پاسخ ولتاژ ارايه مي‌شود.

The structural vibrations are the important sources of the energy harvesting, which can be produced from the harmonic excitation. The piezoelectric structure behavior is simulated by the electromechanical coupling. The flexible beam has the large strain. The results of linear theories are not proper. The large strains effect on the results response and the nonlinear behavior must be considered. The Newmark method is used to solve the equations of motion and coupled equations. Regarding the type of proportional damping, the nonlinear hardness effect is also applied to the damping calculation. This paper presents the electric response of the piezoelectric nonlinear beam with the harmonic base excitation by the numerical and experimental methods. The program of finite elements is developed for the numerical results and the electric response is obtained. The theories results are verified by the results of experimental. The experimental results are used for the piezoelectric bimorph beam with the change of concentrated mass position. The effect of piezoelectric property in the frequency response of nonlinear beam is presented. The results show the effect of piezoelectric properties on the frequency response of the nonlinear beam and the effect of the concentrated mass position on the output voltage, and the most suitable position of the concentrated mass position is presented to obtain the highest voltage response.