شبیه سازی عددی ارتعاشات القایی تیغه پیزوالکتریک کنترل‌کننده و مولد انرژی الکتریکی و بررسی اثرات مشخصه‌های سیستم کنترل بازخورد
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-9 (9)
کد مقاله : 1067-ISAV2022 (R1)
نویسندگان
1دانشگاه قم
2گروه مهندسی مکانیک
چکیده
نیاز گسترده انسان به منابع انرژی پاک از مسایل اساسی در زندگی بشر بوده و او همواره در تصورات خود به دنبال منبع نیرویی بی‌پایان بوده که در هر زمان و مکان از آن استفاده کنند و هم بر محیط زیست تاثیری نداشته باشد .پیزو‌الکتریک‌ها یکی از منابع تولید انرژی الکتریکی بی‌پایان هستند. در سالهای اخیر با توجه به امکان استفاده از مواد پیزوالکتریک در عرصه‌های مختلف نظیر کنترل شکل، استهلاک ارتعاشات و صدا و تشخیص عیوب سازه‌ها و... این مواد مورد توجه بسیاری از محققین و دانشمندان قرار گرفته اند. در این پژوهش، نوسانات القایی ناشی از ریزش گردابه اطراف سیلندر و تیغه پیزوالکتریک، کنترل می‌شود. به این صورت که مدل مورد نظر برای دو حالت با کنترل-کننده و بدون کنترل‌کننده در نظر گرفته می‌شود. علاوه بر این، برای مسئله مورد نظر، سه مقدار مختلف برای معیار فعال شدن سیستم کنترلی در حالت با وجود کنترل کننده مورد بررسی قرار می‌گیرد. پارامتر جابجایی نوک تیغه، به عنوان معیار فعال شدن کنترل کننده در نظر گرفته شده است. به این معنا که اگر جابجایی نوک تیغه از مقدار خاصی بیشتر شود، سیستم کنترلی وارد مدار می‌شود. نتایج مقایسه نشان می‌دهد استفاده از کنترل کننده می‌تواند منجر به کاهش نوسانات هر دو جزء مسئله یعنی هم سیلندر و هم تیغه شود. همچنین، مقایسه نتایج بدست آمده از سه مقدار مختلف برای جابجایی نوک تیغه نشان می‌دهد کنترل صورت گرفته بر روی مسئله در جابجایی‌های کوچک‌تر کارآیی بهتری داشته زیرا در جابجایی‌های کمتر، زمان کوتاه‌تری سپری می‌شود تا کنترل‌کننده اعمال شود. بنابراین، در این حالت‌ها کنترل کننده سریع‌تر وارد مدار شده و در زمان کوتاه‌تری از نوسانات تیغه جلوگیری می‌کند که نتیجه آن، کنترل بهتر سیستم می‌باشد.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Numerical simulation of the induced vibrations of the piezoelectric controller and electric energy generator blade and investigating the effects of the characteristics of the feedback control system
Authors
zahra parnian, mehran heydari, Mohammad Kazem Moayyedi
Abstract
Man's extensive need for clean energy sources is one of the basic issues in human life, and he has always looked for an endless source of power in his imagination that can be used at any time and place and has no impact on the environment. Piezoelectricity They are one of the sources of endless electrical energy production. In recent years, due to the possibility of using piezoelectric materials in various fields such as shape control, vibration and sound depreciation, and structural defect detection, these materials have attracted the attention of many researchers and scientists. In this research, induced oscillations caused by vortex shedding around the cylinder and piezoelectric blade are controlled. In this way, the desired model is considered for two modes with controller and without controller. In addition, for the given problem, three different values for the activation criterion of the control system in the state with the presence of the controller are investigated. The displacement parameter of the tip of the blade is considered as the criterion for the activation of the controller. In other words, if the displacement of the tip of the blade exceeds a certain value, the control system enters the circuit. The results of the comparison show that the use of the controller can reduce the fluctuations of both components of the problem, i.e. both the cylinder and the blade. Also, the comparison of the results obtained from three different values for the displacement of the tip of the blade shows that the control performed on the problem has a better efficiency in smaller displacements because in smaller displacements, a shorter time is spent until the controller is applied. Therefore, in these cases, the controller enters the circuit faster and prevents blade oscillations in a shorter time, which results in better system control.
Keywords
Induced oscillations, structure and fluid interaction, Piezoelectric, Energy harvesting
مراجع
<p dir="ltr">1. Crawley, E.F. and J.d. Luis, Use of piezoelectric actuators as elements of intelligent structures. AIAA Journal, 1987. 25(10): p. 1373-1385.</p>
<p dir="ltr">2. Balamurugan, V. and S. Narayanan, Active vibration control of smart shells using distributed piezoelectric sensors and actuators. Smart Materials and Structures, 2001. 10(2): p. 173-180.</p>
<p dir="ltr">3. Sadri, A.M., J.R. Wright, and R.J. Wynne, LQG control design for panel flutter suppression using piezoelectric actuators. Smart Materials and Structures, 2002. 11(6): p. 834-839.</p>
<p dir="ltr">4. Lau, S.T., et al., Piezoelectric composite hydrophone array. Sensors and Actuators A: Physical, 2002. 96(1): p. 14-20.</p>
<p dir="ltr">5. Ray, M., Optimal Control of Laminated Shells Using Piezoelectric Sensor and Actuator Layers. Aiaa Journal - AIAA J, 2003. 41: p. 1151-1157.</p>
<p dir="ltr">6. Zhang, Y., et al., Numerical and experimental investigation of active vibration control in a cylindrical shell partially covered by a laminated PVDF actuator. Smart Material Structures, 2008. 17: p. 035024.</p>
<p dir="ltr">7. Ringwelski, S. and U. Gabbert, Modeling of a fluid-loaded smart shell structure for active noise and vibration control using a coupled finite element–boundary element approach. Smart Materials and Structures, 2010. 19(10): p. 105009.</p>
<p dir="ltr">8. Cao, X., et al., Active control of acoustic radiation from laminated cylindrical shells integrated with a piezoelectric layer. Smart Material Structures, 2013. 22: p. 065003.</p>
<p dir="ltr">9. Nikkhoo, A., Investigating the behavior of smart thin beams with piezoelectric actuators under dynamic loads. Mechanical Systems and Signal Processing, 2014. 45.</p>
<p dir="ltr">10. Tsushima, N. and W. Su, Flutter suppression for highly flexible wings using passive and active piezoelectric effects. Aerospace Science and Technology, 2017. 65: p. 78-89.</p>
<p dir="ltr">11. Liu, H. and X. Wang, Aeroservoelastic design of piezo-composite wings for gust load alleviation. Journal of Fluids and Structures, 2019. 88: p. 83-99.</p>
<p dir="ltr">12. Asadi, D. and T. Farsadi, Active flutter control of thin walled wing-engine system using piezoelectric actuators. Aerospace Science and Technology, 2020. 102: p. 105853.</p>
<p dir="ltr">13. Akaydin, H., N. Elvin, and Y. Andreopoulos, Energy Harvesting from Highly Unsteady Fluid Flows using Piezoelectric Materials. Journal of Intelligent Material Systems and Structures - J Intel Mat Syst Struct, 2010. 21: p. 1263-1278.</p>
<p dir="ltr">14. Elvin, N., N. Lajnef, and A. Elvin, Feasibility of Structural Monitoring With Vibration Powered Sensors. Smart Materials and Structures, 2006. 15: p. 977.</p>
<p dir="rtl">16. م.حیدری و م.مویدی، شبیه سازی عددی ارتعاشات القایی مدل سیلندر و تیغه پیزوالکتریک و مطالعه خروجی , مدار باز و بسته برای تولید انرژی الکتریکی،نهمین کنفرانس بین المللی آکوستیک و ارتعاشات.1398:تهران</p>