ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН. 2014; 4: 18-24
http://dx.doi.org/
КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ АНАЛИЗ ОСЕСИММЕТРИЧНОГО ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО УСТРОЙСТВА НАКОПЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ПРИ КИНЕМАТИЧЕСКОМ И СИЛОВОМ ВОЗБУЖДЕНИИ КОЛЕБАНИЙ
Ле Ван Зыонг – аспирант, кафедра «Теоретическая и прикладная механика», Донской государственный технический университет. Тел. +7-951-518-56-66. E-mail: leduong 145@ gmail.com
Аннотация
Рассматривается пьезоэлектрический генератор, являющийся главным элементом устройства накопления энергии, имеющий конструкцию биморфа с двумя тонкими, симметрично расположенными пьезоактивными слоями и дисковидным центральным несущим слоем. Пьезоэлектрический генератор моделируется в рамках линейной теории электроупругости. Основным инструментом исследования являются осесимметричные конечно-элементные модели, реализованные в пакете ANSYS. Рассматривается два способа возбуждения колебаний (кинематический и силовой). В первом устройство, консольно закрепленное по внешнему радиусу, совершает гармонические установившиеся вертикальные колебания вместе с некоторой подвижной системой, во втором на него в вертикальном направлении действует гармоническая внешняя сила. Рассмотрены также случаи, когда выходной электрод свободен или подключен к внешней электрической цепи с активным сопротивлением. С помощью расчетов в пакете ANSYS изучаются вопросы зависимости первых собственных частот, выходного потенциала и мощности от геометрических параметров, сочетания материалов элементов устройства и величины активного сопротивления, и осуществляется выбор рациональных значений. Численно исследованы два случая колебаний на первой резонансной частоте и в низкочастотной области на частоте, значительно меньшей частоты первого резонанса.
Ключевые слова: МКЭ; накопление энергии; пьезоэлектрик; оптимизация; биморф; низкочастотная область; резонансная частота.
Полный текст: [in elibrary.ru]
Ссылки на литературу
1. Priya S., Inman D.J. Energy harvesting technologies // Springer Science+Business Media, LLC. 2009. 522 p.
2. S. Priya D. J. Inman. Energy harvesting technologies // Springer Science+Business Media, LLC. 2009. 522 p.
3. Скребнев Г.К. Комбинированные гидроакустические приемники. СПб., 1997. 200 с.
4. Ивина Н.Ф., Балабаев С.М. Анализ собственных колебаний круглых биморфных пьезокерамических пластин произвольных размеров. I. Свободно опертая пьезопластина // Дефектоскопия. 2001. Вып. 8. С. 37 – 44.
5. Антоняк Ю.Т., Вассергисер М.Е. Расчет характеристик изгибного пьезоэлектрического преобразователя мембранного типа // Акустический журн. 1982. Т. 28, вып. 3. С. 294 – 302.
6. Вассергисер М.Е. Оценка предельных значений характеристик дисковых изгибных преобразователей // Докл. X Всесоюз. акуст. конф. / Акуст. ин-т, М., 1983. С. 46 – 49.
7. Yanagisawa T., Nakagawa Y. Determination of optimum dimension for unimorph type piezoelectric loudspeaker // Trans. Inst. Electron. Informat. Commun. Eng. A. J. 1993. Vol. 76. P. 1261 – 1269.
8. Dobrucki A.B., Pruchnicki P. Theory of piezoelectric axisymmetric bimorph // Sens. Actuators A 58. 1997. Р. 203 – 212.
9. Külah H., Najafi K. Energy Scavenging From Low-Frequency Vibrations by Using Frequency Up-Conversion for Wireless Sensor Applications // IEEE Sensors. 2008. Vol. 3, Mar. P. 193 – 268.
10. Белоконь А.В., Наседкин А.В., Соловьев А.Н. Новые схемы конечно-элементного динамического анализа пьезоэлектрических устройств // Прикладная математика и механика. 2002. Т. 66, № 3, С. 491 –501.
11. Berlincourt D.A., Curran D.R., Jaffe H. Physical acoustics // Principles and methods. 1964. Vol. 1, pt A. Methods and devices. New York, London, P. 169 – 270.