بهينه‌سازي شكل يك تير تك لايه پيزوالكتريك برداشت كننده انرژي

Shape optimization of a unimorph piezoelectric energy harvesting beam

با رشد روزافزون تكنولوژي و جمعيت، نياز بشر به منابع انرژي مدام در حال افزايش است. منابع انرژي تجديدپذير بهترين گزينه براي تامين اين نيازها هستند. استفاده از مواد پيزوالكتريك براي تبديل ارتعاشات محيط به انرژي الكتريكي يكي از راه كارهاي موجود است. در مقاله حاضر، بهينه‌سازي از نوع شكل براي تير يكسر گيردار بايمورف صورت پذيرفته است. فرض شده است كه اين تير تحت تحريك پايه هارمونيك قرار دارد. در اين مقاله سيستم برداشت انرژي به همراه مدار الكتريكي در نرم‌افزار كامسول شبيه‌سازي شده است. در اين نرم‌افزار شتابي به صورت هارمونيك و با فركانس‌هاي مختلف به تكيه‌گاه تير وارد مي­شود و در هر فركانس تحريك، ولتاژ و جريان و توان الكتريكي سيستم بدست مي‌آيد و سپس سعي بر اين بوده است كه با تغييرات طول، عرض و نسبت ضخامت توان بيشتري حاصل شود. هدف اين مقاله، به دست آوردن حالت بهينه‌تر براي ساختمان تير جهت به دست آوردن توان بيشتر است. اين امر معمولا از طريق روش‌هاي بهينه‌سازي صورت مي‌گيرد. از بين چهار روش بهينه‌سازي كه مورد مطالعه قرار گرفته روش بهينه‌سازي محدود توسط تقريب درجه دوم بهينه‌تر و هزينه محاسباتي كمتري ارائه مي‌نمايد. در اين تحقيق روش‌هاي مختلف بهينه‌سازي همگي مرتبه صفر مي‌باشند كه فقط از مقدار تابع هدف استفاده مي‌كنند. كليدواژه‌ها

With the growth of technology and population, the human need for energy is constantly increasing. Renewable energy sources are the best option to supply this. In this regard, the use of piezoelectric materials to convert environmental vibrations into electrical energy as an energy source for electrically powered electronic components is one of the available options. In the present paper, the shape of a unimorph piezoelectric actuator has been optimized. It is assumed that this beam is triggered by a harmonic base. In this paper, the energy harvesting system, along with its electrical circuit, is simulated in Comsol software. In this software, frequency responses of the voltage, current, and electrical power of the system are obtained and power sensitivity analysis has been performed in regard to the shape parameters of the beam. The goal of this paper is to obtain a more optimal state for the beam shape in order to gain more power. This is usually done through optimization methods. In this research, the adopted optimization techniques are all zero-order, which use only the value of the objective function.