بررسي تجربي سيستم جاذب ديناميكي ارتعاشات و استحصال گر انرژي

Experimental study of dynamic vibration absorber and energy harvester

در اين مقاله، جاذب ديناميكي ارتعاشي متشكل از دو تير يكسر گيردار متقارن با لايه‌هاي پيزوالكتريك به همراه جرم كمكي، براي كاهش ارتعاشات سيستم اصلي و استحصال انرژي الكتريكي، به‌صورت هم‌زمان، مورد استفاده قرارگرفته است. سيستم اصلي متشكل از يك تير دو سر مفصل مي‌باشد كه به‌ وسيله يك موتور با ناميزاني دوار تحريك مي‌شود. در ادامه به‌ منظور استخراج مدل الكترومكانيكي سيستم، از تئوري تير اويلر- برنولي و روش انرژي استفاده شده است. سپس صحت معادلات الكترومكانيكي استخراج‌ شده به‌صورت تجربي بررسي شده و تطابق نتايج تجربي و تئوري در قالب چندين نمودار پاسخ فركانسي نشان داده شده است. با بي‌بعد سازي معادلات، تأثير تغيير پارامترهاي بي‌بعد سيستم نظير جرم بي‌بعد جاذب، مقاومت الكتريكي بي‌بعد و طول قرارگيري جرم كمكي بر روي تير جاذب مورد بحث قرار گرفته است. سپس با در نظر گرفتن دو هدف كاهش ارتعاشات و افزايش توان الكتريكي استحصال‌ شده بي‌بعد، به‌صورت هم‌زمان، محدوده مناسب براي جرم جاذب و مقاومت الكتريكي به‌صورت بي‌بعد به دست آورده شد. در انتها نيز با استفاده از پارامتري به نام ميزان كمال، بهينه‌ترين طول بي‌بعد جرم نوك بر روي تير جاذب به دست آورده شد. نتايج به‌ دست‌ آمده قابليت برآورده سازي اهداف كاهش ارتعاشات سيستم و افزايش توان الكتريكي استخراج‌شده از سيستم، به‌ صورت هم‌ زمان، به ميزان مطلوب را دارا مي‌باشد.

In this study, application of a dynamic vibration absorber system consists of two symmetric cantilever beams with tip mass and piezoelectric layer, in order to suppress undesired vibrations and harvest electrical energy, is studied. The main vibratory system is a simply supported beam, which is excited by a DC motor with rotating unbalance mass. To derive the governing electromechanical equations, the Euler-Bernoulli beam theory and the energy method are used. Then the governing electromechanical equations are experimentally validated and accommodation between theoretical and experimental results is shown using several frequency response plots. Using the non-dimensional governing equations, effect of changing the system parameters such as the tip mass, load resistance and length of the cantilever beam is studied. Then, considering ability of system to effectively suppress undesired vibrations and increase the harvested electrical energy, the proper range for selecting the non-dimensional tip mass and non-dimensional load resistance is presented. Finally, using the so-called perfection rate parameter, the best parameters, to have a good vibration suppressor and energy harvester, are obtained. Results shown that both of energy and vibration considerations can be satisfied using the system.