Конечно-элементное моделирование и анализ пьезоэлектрического устройства накопления энергии в форме круглой пластины с пьезоэлементами

  • Соловьёв А.Н. Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Россия
  • Ле В.З. Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону, Россия
УДК: 539.3:534.1

Аннотация

В работе построена трехмерная конечно элементная модель устройства накопления энергии в виде биморфа — круглой пластины, закрепленной по контуру в корпусе устройства, с использованием пьезокерамики. Корпус устройства совершает вертикальные гармонические колебания с заданной амплитудой и частотой. Исследуется упрощенные модели учета инерционной массы. С помощью разработанных моделей прямыми расчетами в пакетах ANSYS и ACELAN исследуются зависимости собственных частот и выходного напряжения от геометрических размеров, сочетания материалов и способов закрепления инерционной массы. В результате расчетов предлагается конструкция устройства, обладающая наибольшей эффективностью.

Ключевые слова: конечно-элементное моделирование, накопление энергии, пьезоэлектрик, оптимизация, биморф

Информация об авторах

Аркадий Николаевич Соловьёв
д-р физ.-мат. наук, заведующий кафедрой теоретической и прикладной механики Донского государственного технического университета
e-mail: solovievarc@gmail.com
Ван Зыонг Ле
аспирант кафедры теоретической и прикладной механики Донского государственного технического университета
e-mail: leduong145@gmail.com

Литература

  1. Priya S., Inman D.J. Energy harvesting technologies. Springer Science+Business Media, LLC. 2009. 522 p.
  2. Erturk A., Inman D.J. Piezoelectric energy harvesting. John Wiley & Sons, Ltd., 2011. 402 p.
  3. Minazara E., Vasic D., Costa F. Piezoelectric Generator Harvesting Bike Vibrations Energy to Supply Portable Devices. In: Proc. of ICREPQ. 12-14 march 2008 Santander, Spain. 6 p.
  4. Anton S.R., Sodano H.A. A review of power harvesting using piezoelectric materials (2003-2006) // Smart Mater. Struct. 2007. Vol. 16. No. 3. P. 1-21.
  5. Priya S. Advances in energy harvesting using low profile piezoelectric transducers // J. of Electroceramics. 2007. Vol. 19. P. 165-182.
  6. Sodano H., Inman D., Park G. Generation and storage of electricity from power harvesting devices // J. Intell. Mater. Syst. Struct. 2005. Vol. 16. P. 67-75.
  7. Jyh-Cheng Yu, Chin-Bing Lan. System modeling of microaccelerometer using piezoelectric thin films // Sensors and Actuators A. 2001. Vol. 88. P. 178-186.
  8. Adhikari S., Friswell M.I., Inman D.J. Piezoelectric energy harvesting from broadband random vibrations // Smart Mater. Struct, 2009, Vol. 18. P. 115005-115012.
  9. Litak G., Friswell M.I., Adhikari S. Magnetopiezoelastic energy harvesting driven by random excitations // Appl. Phys. Lett. 2010. Vol. 96. No. 5. P. 214103:1-3.
  10. Sodano H.A., Park G., Inman D.J. Estimation of Electric Charge Output for Piezoelectric Energy Harvesting // Strain. 2004. Vol. 40. No. 2. P. 49-58.
  11. Parton V.Z., Kudryavtsev B.A. Electromagnetoelasticity of Piezoelectrics and Electrically Conductive Solids. M.: Nauka, 1988. P. 1-472.
  12. Huan Xue, Hongping Hu. Nonlinear Characteristics of a Circular Plate Piezoelectric Harvester with Relatively Large Deflection Near Resonance // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. Vol. 55. No. 9. September 2008. P. 2092-2096.
  13. Белоконь А.В., Наседкин А.В., Соловьев А.Н. Новые схемы конечно-элементного динамического анализа пьезоэлектрических устройств // Прикладная математика и механика. 2002. Т. 66. No. 3. С. 491-501.

Финансирование

Работа выполнена при частичной финансовой поддержки РФФИ (13-01-00196 А, 13-01-00943 А).

Страницы
112-119
Прислано
2013-07-11
Опубликовано
2013-12-30

Наиболее читаемые статьи этого автора (авторов)