تحليل و بهينه‌سازي يك بيمورف پيزوالكتريك براي برداشت انرژي

Analysis and optimization of a piezoelectric bimorph for energy harvesting applications

استفاده از مواد پيزوالكتريك براي برداشت انرژي ارتعاشات سازه‌ها به منظور استفاده براي تغذيه ابزارهاي كم مصرف مانند حسگرها مورد توجه قرار دارد. در اين مقاله، يك ساختار سه لايه پيزوالكتريك با استفاده از روش اجزاء ‌محدود مورد مطالعه قرار گرفته است. مقايسه با نتايج تجربي نشان مي‌دهد كه روش اجزاء‌ محدود دقت خوبي در اينگونه از مسائل دارد. در ادامه، با متغير تعريف كردن هندسه مدل، طراحي سازه بهينه سازي شده و مدلي كه عملكرد بهتري دارد تعيين شده است. مدل نهايي ۷.۷٪ بهبود در توليد ولتاژ در عين كاهش ۲۰.۷٪ وزن از خود نشان داده است.

The use of piezoelectric materials to harvest the vibration energy of structures in order to power low-power devices such as sensors is of the researchers interest. In this article, a three-layer piezoelectric structure has been studied using the finite element method. Comparison with experimental results shows that the finite element method has good accuracy in studying the energy harvesting applications of the piezoelectric devices. Next, by defining the model geometry using B-splines with variable control points coordinates, the design of the structure is optimized and the model with better performance is determined. The final model has shown a 7.7% improvement in voltage output while reducing weight by 20.7%.