به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت

جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه « پیزوالکتریک » در نشریات گروه « مکانیک »

تکرار جستجوی کلیدواژه «پیزوالکتریک» در نشریات گروه «فنی و مهندسی»
  • مرتضی سعدی، حسام مکوندی*، علی اکبر عظمتی

    با بهبود مستمر فناوری مدارهای مجتمع و فناوری سیستم های الکترومکانیکی میکرو/نانو، توسعه دستگاه های ژنراتور کوچک به یک روند اجتناب ناپذیر در توسعه سیستم های میکرو الکترومکانیکی تبدیل شده است. از آنجا که حجم دستگاه های الکترونیکی به طور مداوم کاهش می یابند، در نتیجه آن می توان با استفاده از ژنراتورهای پیزوالکتریک انرژی باد، انرژی مورد نیاز ریزدستگاه ها را به راحتی تامین نمود. در این پژوهش ضمن تحلیل رفتار مبدل های پیزوالکتریک به کمک نرم-افزار اجزاء محدود آباکوس، با استفاده از ساختارهای آگزتیک روشی به منظور افزایش توان استحصال شده از ژنراتورهای بادی نیز ارایه گردیده است. به این منظور سه نوع ساختار اگزتیک متفاوت مورد استفاده قرار گرفته و تاثیر جنس و ضخامت لایه آگزتیک بر رفتار سازه مورد تحلیل قرار گرفته است. بررسی نتایج بدست آمده نشان دهنده افزایش قابل قبول در ولتاژ خروجی لایه پیزوالکتریک با استفاده از ساختارهای آگزتیک می باشد به نحوی که با استفاده از این نوع ساختار افزایش 100 درصدی در خروجی قابل دستیابی است. همچنین افزایش چشمگیری در پتانسیل الکتریکی بدست آمده به کمک ساختارهای آگزتیک با شکل مشابه از جنس فولاد نسبت به ساختارهای آلومینیومی مشاهده گردید که این مسئله موید تاثیر شکل هندسی و جنس این ساختارها بر توان خروجی ژنراتور می باشد.

    کلید واژگان: ژنراتور بادی, پیزوالکتریک, ساختار آگزتیک, افزایش توان}
    Morteza Sadi, Hesam Makvandi*, Aliakbar Azemati

    With the continuous improvement of integrated circuit technology and micro/nano electromechanical system technology, the development of small generator devices has become an inevitable trend in the development of microelectromechanical systems. Since the volume of electronic devices will be smaller and smaller on a daily basis, the demand for energy will be smaller and smaller, as a result, the energy needed by micro-devices can be easily supplied by using wind energy piezoelectric generators. In this research, while analyzing the behavior of piezoelectric transducers with the help of Abaqus finite element software, a method to increase the power extracted from wind generators has also been presented using auxetic structures. For this purpose, three different types of auxetic structures have been used and the effect of the type and thickness of the auxetic layer on the behavior of the structure has been analyzed. Examining the obtained results shows an acceptable increase in the output voltage of the piezoelectric layer by using auxetic structures, so that a 100% increase in output can be achieved by using this type of structure. Also, a drastic increase in the electric potential obtained with the help of similar-shaped auxetic structures made of steel compared to aluminum structures was observed, which confirms the effect of the geometric shape and material of these structures on the output power of the generator.

    Keywords: Wind Generator, Piezoelectric, Auxetic Structure, Power Increase}
  • شیوا شریفی، علی اسماعیلی*
    در این تحقیق به منظور برداشت انرژی از پدیده ارتعاشات ناشی از گردابه جریان سیال، از مدل سیلندر و تیر پیزوالکتریک استفاده شده است. با توجه به اینکه چیدمان های مختلف تیر پیزوالکتریک می تواند در میزان انرژی استحصال شده تاثیرگذار باشد لذا در این مطالعه سه مدل چیدمان نصب تیر یکسرگیردار پیزوالکتریک بررسی شده است. بدین منظور یک مدل کوپل سه طرفه سیال- جامد-پیزوالکتریک به صورت عددی در رژیم جریان سیال آشفته، لزج و ناپایا تعریف شده است. علاوه بر این، مقاومت الکتریکی و تاثیر آن بر دامنه ارتعاشات، نسبت فرکانس، ولتاژ و توان خروجی در آرایش های مختلف تیر پیزوالکتریک در شبیه سازی ها در نظر گرفته شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. در گام اول مقدار فرکانس ریزش گردابه های جریان سیال در هر یک از چیدمان ها اندازه گیری شده و در گام دوم نشان داده شده است که بیشترین دامنه نوسان و نسبت فرکانس در مقدار مقاومت 1000 اهم بدست خواهد آمد. در گام سوم نشان داده شده است که با افزایش مقاومت الکتریکی، ولتاژ تولیدی به طور قابل توجهی افزایش می یابد و حداکثر ولتاژ در مقدار مقاومت 100 مگااهم حاصل می شود و در مقابل حداکثر توان در مقادیر کم مقاومت الکتریکی به دست می آید. در نهایت مشخص می شود که در آرایش موازی تیرها به دلیل میرایی کمتر ناشی از برهمکنش قوی تر بین تیرها و لایه های برشی، دامنه ارتعاشی بزرگ تر و خروجی الکتریکی بسیار بیشتری رخ می دهد.
    کلید واژگان: ارتعاشات ناشی از گردابه, برداشت انرژی, ریزش گردابه, پیزوالکتریک, کوپل سه طرفه}
    Shiva Sharifi, Ali Esmaeili *
    In this study, in order to harvest energy from vortex-induced vibration of fluid flow, piezoelectric beams mounted behind a circular cylinder are considered and effect of various arrangements of the beams are studied. To reach this goal, a three-way coupling model in the turbulent, unsteady and viscous flow regime is numerically investigated. The simulations are investigated for different values of electrical resistance and its effect on vibration amplitude, frequency ratio, voltage and power output are compared. It has been shown that the maximum oscillation amplitude and frequency ratio is occurred by a resistance value of 1000 Ω and its value decreases with the increase of resistance. Furthermore, by growing of the load resistance, the generated voltage goes up significantly and the maximum voltage is obtained in the load resistance as 100 MΩ, Contrastingly, maximum power is obtained at low values of the load resistance. Finally, it is found that in the parallel arrangement of beams, due to less damping ratio due to stronger interaction between beams and shear layers, larger vibration amplitude and much more electrical output occurs.
    Keywords: Vortex Induced Vibrations, Energy Harvesting, Vortex Shedding, Piezoelectric, Three-Way Coupling}
  • محمدسعید جعفری، علی اصغر جعفری*
    برداشت انرژی از ارتعاشات موجود در طبیعت و تبدیل آن به انرژی الکتریکی سبب بازیافت انرژی‏های تلف‏شده و استفاده بهینه از آنها می‏شود. انرژی الکتریکی حاصل‏شده می‏تواند به عنوان منبعی ارزان، مداوم و پاک به منظور تغذیه تجهیزات کم‏مصرف نظیر سنسورها، عملگرها، کنترل‏کننده‏ها، تجهیزات پزشکی و غیره مورد استفاده قرار گیرد. این مقاله شامل یک استوانه افقی صلب است که صرفا دارای حرکت عمودی بوده و به وسیله 4 فنر مقید شده است. در اثر برخورد باد با استوانه، نیروی القایی گردابه‏ای به استوانه وارد گردیده و باعث ارتعاش در جهت عمود بر جریان باد می‏گردد. داخل این استوانه یک سیستم برداشت کننده انرژی پیزوالاستیک قرار داده شده است که از طریق بخش گیردار تیر، به استوانه افقی متصل است. در واقع با حرکت استوانه افقی از طریق ارتعاش پایه، نیرو به انتهای تیر منتقل شده و باعث ارتعاش تیر پیزوالاستیک می‏شود. نیروی غیرخطی القایی گردابه‏ای[i] در اثر برخورد باد با استوانه افقی به کمک معادله وندرپل[ii] محاسبه و اثر آن در ارتعاش سیستم معادل مورد بررسی قرار می‏گیرد. سپس به کمک المان پیزوالکتریکی که روی تیر نصب شده است، انرژی الکتریکی به صورت ولتاژ برداشت خواهد شد. در اینجا سرعت باد بهینه و همچنین مقاومت بهینه برای اینکه توان الکتریکی خروجی بیشینه شود، محاسبه می‏گردد. در انتها اثر پارامترهای مختلف روی توان خروجی بررسی می‏گردد. [i]. Vortex induced vibrations[ii]. Van der Pol
    کلید واژگان: برداشت انرژی, ارتعاشات القایی گردابه &rlm, ای, پیزوالکتریک, توان الکتریکی, جرم متمرکز}
    Mohammad Saeid Jafari, Ali Asghar Jafari *
    Energy harvesting from the existing vibrations in nature and converting it into electrical energy causes the recovery of wasted energies and their optimal use. The obtained electrical energy can be used as a cheap, continuous and clean source to power low-consumption equipment such as sensors, actuators, controllers, medical equipment, etc.This article contains a rigid horizontal cylinder that has only vertical movement and is bounded by 4 springs.As a result of the wind hitting to the cylinder, a vortex induction force acts to the cylinder and causes vibration in the direction of perpendicular to the wind flow. A piezo-elastic energy harvesting system is placed inside this cylinder, which is connected to the horizontal cylinder through the fixed part of the beam.In fact, with the movement of the horizontal cylinder and through the vibration of the base, the force is transferred to the fixed part of the beam and causes the vibration of the piezo-elastic beam. The induced nonlinear force of the vortex due to the impact of the wind on the horizontal cylinder is calculated by applying the Vanderpol equation and its effect on the vibration of the equivalent system is investigated.Then, by using the piezoelectric element installed on the beam, the electric energy will be collected as the voltage. Here, the optimal wind speed and also the optimal electrical resistance are calculated in order to maximize the output electrical power. At the end, the effect of different parameters on the output power is investigated.
    Keywords: Energy Harvesting, vortex induced vibrations, Piezoelectric, electric power, tip mass}
  • مهناز پورمومنی فیروزآبادی، علی طیبی*، یونس شکاری

    شبیه سازی و بررسی برداشت انرژی از یک صفحه ی پیزوالکتریک که بر روی یک تیر الاستیک تعبیه شده و در پشت سیلندر قرار گرفته از طریق ارتعاشات ناشی از جریان، موضوع مورد بررسی در این مقاله می باشد. در ابتدا نتایج جریان اطراف یک سیلندر ساکن در رینولدز 200 با مراجع موجود در پیشینه ی پژوهش، مورد اعتبارسنجی قرار گرفته است. سپس، با قرار دادن یک تیر الاستیک و پیزوالکتریک در پشت سیلندر، جریان اطراف سیلندر و اندرکنش بین سازه ها و سیال بررسی شده است. در همین راستا، فرایند یافتن بهینه ترین حالت برداشت انرژی برای مکان قرارگیری تیر الاستیک، طول تیر و نقطه ی گیردار تیر الاستیک در هندسه های مختلف انجام می شود. نتیجه بررسی های انجام شده، حالت بهینه یی با طول تیر الاستیک 2D فاصله ی قرارگیری تیر از پشت سیلندر 2/5D و حالتی که تیر از سمت راست ثابت شده باشد است که در آنها D قطر سیلندر می باشد. در این مسیله، تاثیر حضور تیر بر روی کاهش ضرایب لیفت و درگ و تاثیر آن بر مقدار ولتاژ برداشت شده از لایه ی پیزوالکتریک مورد بررسی قرار گرفته است.

    کلید واژگان: برداشت انرژی, پیزوالکتریک, ارتعاش ناشی از جریان, صفحه انعطاف پذیر}
    Mahnaz Poormomeni Firoozabadi, A. Tayebi *, Y. Shekari

    Energy harvesting is the process of converting different kinds of energy, such as solar, thermal, kinetic energy of fluid, etc., to a usable form of energy. Different kinds of transduction mechanisms are used for energy harvesting. The piezoelectric mechanism has received considerable interest because of its advantages, such as ease of application and working over a wide range of frequencies. Simulation and investigation of energy harvesting from a piezoelectric plate, which is mounted on an elastic beam and located behind a cylinder through flow-induced vibrations, is the subject of the present research. First, the results of the lift and drag coefficients in the fluid flow around a stationary cylinder at Reynolds 200 are compared and validated with the previous studies. After that, by placing an elastic beam and a piezoelectric behind the cylinder, flow around the cylinder, and the fluid-solids interactions are investigated. Due to the vortex shedding phenomenon, which happens in the fluid flow past the cylinder, the elastic piezoelectric beam deforms periodically, and thus, the mechanical energy of the flow is converted into electrical energy. In this problem, the beam effect on both the drag/lift reduction and the amount of voltage extracted from the piezoelectric layer were investigated, and the optimal mode obtained was selected based on the extraction of more energy. In this regard, the process of finding the most optimal energy harvesting mode for the location of the elastic beam, the length of the beam, and the fixed point of the elastic beam in different geometries are carried out. The results of the optimal investigations are as the length of the elastic beam of 2D, the distance of the beam from the back of the cylinder 2.5D, and the state in which the beam is fixed from the right side, where D is the diameter of the cylinder.

    Keywords: energy harvesting, Piezoelectric, flow-induced vibrations, flexible plate}
  • امیرحشمت خدمتی بازکیائی*
    بمنظور تبدیل ارتعاشات مکانیکی به انرژی الکتریکی مفید از اهداف بسیاری از پژوهش ها در علم روز بوده و بدین منظور از تجهیزات برداشت کننده با اجزای پیزوالکتریک استفاده شده است. برای بررسی عملکرد این سامانه، آگاهی از رفتار و خروجی سیستم ارتعاشی، تاثیر پارامترهای مختلف آن سامانه از اهمیت بالایی برخوردار است. در پژوهش حاضر سعی برآن است که با مدلسازی سامانه ارتعاشی بصورت مدل دو درجه آزادی، در دو پیکربندی مختلف، تاثیرات پارامترهای مختلف بر عملکرد برداشت کننده مورد بررسی قرار گیرد. برای بررسی دقیقتر و یافتن نتیجه نزدیکتر به واقعیت، با استفاده از تیوری ارتعاشات اتفاقی خطی، تحریک مورد در بحث، از نوع نویز سفید بوده است. در مدلسازی ریاضی، دو حالت دو درجه آزادی مورد بررسی قرارگرفته شده که در حالت اول، پیزوالکتریک بین پایه و جرم اول و در حالت دوم پیزوالکتریک بین پایه و جرم دوم مفروض بوده است. پس از استخراج معادلات حاکم در هر پیکربندی و اعمال ورودی به سیستم با تحریک اتفاقی، تاثیر تمامی پارامترهای شناسایی و معرفی شده در سامانه مورد مطالعه قرار گرفته، پیکربندی با کارآیی بالاتر، برحسب میانگین برداشت کننده انرژی، معرفی و نتایج به صورت ترسیمی بیان شده است.
    کلید واژگان: برداشت کننده انرژی, پیزوالکتریک, ارتعاشات اتفاقی خطی}
    Amirheshmat Khedmati Bazkiaei *
    In order to convert mechanical vibrations into useful electrical energy, is one of the goals of many researchers in today's science, and for this purpose, harvesting equipment with piezoelectric components has been used. To check the performance of this system, knowledge of the behavior and output of the vibration system, and the effect of different parameters of that system is of great importance. In the current research, it is tried to investigate the effects of different parameters on the performance of the harvester by modeling the vibration system as a two-degree-of-freedom model, in two different configurations. To check more closely and find a result closer to reality, using the theory of linear random vibrations, the stimulation in question was white noise type. In the mathematical modeling, two two-degree-of-freedom states have been investigated, in the first state, the piezoelectric between the base and the first mass, and in the second state, the piezoelectric between the base and the second mass has been assumed. After extracting the governing equations in each configuration and applying the input to the system with random excitation, the effect of all identified and introduced parameters in the system is studied, and the configuration with higher efficiency, in terms of the average energy harvester, is introduced and the results are expressed graphically.
    Keywords: energy harvester, the piezoelectric, linear random vibration}
  • میلاد عظیمی*، مرتضی جهان

    در این مقاله به توسعه کنترل هوشمند وضعیت و ارتعاشات فضاپیمای انعطاف‏پذیر در مانور تک محوره در حضور اغتشاشات خارجی و نامعینی‏ها پرداخته شده است. معادلات حرکت سیستم با لحاظ دینامیک غیر‏خطی و کاملا کوپل صلب-انعطاف‏پذیر با استفاده از اصل همیلتون و روش المان محدود استخراج شده است. ساختار کنترل وضعیت از الگوریتم فازی برای کنترل هم زمان مانور و ارتعاشات بهره می‏برد. در این الگوریتم از معیار ارتعاشات بخش‏ها‏ی انعطاف‏پذ‏یر در کنار ورودی‏های خطای وضعیت و زمان استفاده شده است. به منظور بررسی و مقایسه عملکرد این کنترلر، از فرم توسعه یافته الگوریتم مرتبه دوم مود لغزشی فراپیچشی-ترمینال غیرتکین و کنترل فیدبک نرخ کرنش به طور هم زمان استفاده شده است. رویکرد پیشنهادی با بهره گیری از مزایای هر الگوریتم در قالب یک روش هیبرید، منجربه افزایش دقت در رهگیری هدف، افزایش سرعت هم گرایی، کاهش پدیده چترینگ[i]، کاهش ارتعاشات باقی‏مانده و کاهش اثرات متقابل دینامیک انعطاف‏پذیر بر دینامیک جسم صلب می شود. پایداری کلی سامانه با استفاده از نظریه لیاپانوف اثبات شده است. شبیه‏سازی‏های کامپیوتری در قالب یک مطالعه مقایسه ای، عملکرد هر دو رویکرد را در کاهش اثرات تقابلی کنترل-سازه در مانور با زاویه بزرگ نمایش می‏دهد.‏‏‏ 

    کلید واژگان: فضاپیمای انعطاف‏پذ‏یر, کنترل فازی, مود لغزشی, فراپیچشی, ترمینال غیرتکین, پیزوالکتریک}
    Milad Azimi *, Morteza Jahan

    This paper develops an intelligent attitude control and vibration suppression system for flexible spacecraft performing a single-axis maneuver with external disturbances and parameter uncertainties. Fully coupled nonlinear equations of motion are discretized by Hamilton's principle and the finite element method. The attitude control structure utilizes a fuzzy algorithm to control the attitude and vibration of the panel simultaneously. This algorithm uses a vibration criterion for flexible parts, attitude errors and time inputs. In order to evaluate the performance of such an approach, super twisting-non-singular terminal sliding mode (SNTSMC) and strain rate feedback (SRF) were used simultaneously. The proposed SNTSMC/SRF algorithm takes advantage of each as part of a hybrid algorithm that leads to increased targeting accuracy, faster convergence rate, reduced chattering, reduced residual vibrations, and reduced rigid-flexible bodies interactions. The Lyapunov theory demonstrates the system's overall stability. Simulation results as a comparative study demonstrate the effectiveness of both approaches in reducing control-structure interactions during large-angle maneuvers.

    Keywords: Flexile spacecraft, fuzzy control, Sliding Mode, Piezoelectric}
  • سید مصطفی میرطبایی، علی کارگزارفرد*
    در تحقیق حاضر، به مطالعه مدل سازی غیرخطی و تحلیل ارتعاشات یک ایرفول به منظور بررسی پتانسیل جاذب های برداشت انرژی پیزوالکتریک تحت تحریک های هم زمان پایه و جریان پرداخته شده است. بدین منظور ابتدا یک ایرفول تحت تحریک های هم زمان پایه و جریان، به صورت یک سیستم دو درجه آزادی غیرخطی با جابجایی عمودی و پیچشی قرار گرفته و معادلات مربوط به آن استخراج شده است. سپس سفتی های غیرخطی در جهت عمودی (غوطه وری) و سفتی های خطی و غیرخطی پیچشی به طور هم زمان مورد بررسی قرار گرفته و به مدل سیستم اضافه شده است. در ادامه یک جاذب برداشت انرژی پیزوالکتریک به این سیستم دو درجه آزادی غیرخطی متصل شده است. هم چنین برای بررسی پاسخ های ارتعاشی و رزونانسی غیرخطی سیستم از روش های تیوری اغتشاشات و یا روش های عددی در تحلیل سیستم استفاده شده است. در نهایت پاسخ های سیستم استخراج و تاثیر پارامترهای مختلف فیزیکی بر روی آن مورد بررسی قرار گرفته است. میزان ولتاژ به دست آمده در این روش نسبت به حالتی که تنها از ترم های خطی استفاده می شد تغییرات حدود %10 را به ما نشان می دهد و همچنین میزان تاثیر تغییرات دامنه در این حالت افزایش چشم گیری داشته است.
    کلید واژگان: ارتعاشات غیرخطی, برداشت انرژی, تحریکات همزمان, رزونانس داخلی, پیزوالکتریک}
  • میلاد عظیمی*
    در این مقاله، طراحی الگوریتم‏های مقاوم فعال ارتعاشات و مود لغزشی ترمینال سریع غیرتکین برای مانور وضعیت فضاپیمای انعطاف‏پذیر بررسی شده است. در ابتدا مدل دینامیک غیرخطی کاملا کوپل صلب-انعطاف‏پذیر فضاپیما در مانور وضعیت سه محوره با استفاده از معادلات لاگرانژ شبه مختصات استخراج شده است. سپس الگوریتمی برای کنترل هم زمان وضعیت و ارتعاشات سیستم مبتنی ‏بر سطح لغزش ترمینال غیرتکین سریع که به همگرایی خطاهای ردگیری وضعیت و سرعت‏های زاویه‏ای (به صفر) در زمان محدود و در حضور نامعینی‏ها و اغتشاشات خارجی منجر می‏شود، طراحی شده است. در ادامه ارتعاشات باقی‏مانده ناشی از دینامیک پنل‏های انعطاف‏پذیر حین و پس از مانور با به کارگیری یک الگوریتم مقاوم کنترل فعال ارتعاشات با استفاده از وصله‏های حسگر/عملگر پیزوالکتریک به صورت نمایی کاهش یافته است. همگرایی زمان محدود سیستم حلقه بسته با رویکرد هیبرید کنترلی و با به کارگیری تیوری پایداری لیاپانوف اثبات شده است. شبیه‏سازی‏های عددی با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه 4، عملکرد و مزیت به‏کارگیری هم زمان کنترلرهای مقاوم وضعیت و ارتعاشات پیشنهادی در مقایسه با رویکردهای رایج کنترل سیستم‏های دینامیکی با انعطاف‏پذیری سازه‏ای را ارایه می‏دهد.
    کلید واژگان: پیزوالکتریک, کنترل فعال ارتعاشات, کنترل مقاوم, مود لغزشی ترمینال غیرتکین, نامعینی}
    Milad Azimi *
    This paper deals with a robust active vibration and non-singular fast terminal sliding mode control design for flexible spacecraft attitude maneuvers. First, the fully coupled nonlinear rigid-flexible dynamic model of the spacecraft in the three-axis maneuver is derived using Lagrange's equations in terms of quasi-coordinates. Then, the attitude control law is designed based on a fast non-singular terminal sliding surface, which leads to the zero convergence of attitude tracking and angular velocity errors in a finite time in the presence of external disturbances and parameter uncertainties. Next, the flexible panels' residual vibrations during and after the maneuver have been reduced exponentially using a robust active vibration control algorithm through piezoelectric sensor/actuator patches. It has been proven that this algorithm ensures the stability of the closed loop system and eliminates the need for conservative assumptions regarding uncertainties and external disturbances at the upper limit. The finite-time convergence of the closed-loop system with a hybrid control approach is proved by the Lyapunov stability theory. The numerical simulations using 4th order Runge-Kutta approach show the simultaneous utilization of the proposed attitude and vibration controllers' performance compared to the classical approaches for dynamical systems with structural flexibility.
    Keywords: Active Vibration Control, non-singular terminal sliding mode, Piezoelectric, Robust control, Uncertainty}
  • رضا ابراهیمی*
    کاربردهای مهندسی زیادی از لوله ها در مقیاس های مختلف برای حمل سیال وجود دارد. در این مطالعه، مشخصات دینامیکی یک لوله دوار حامل سیال قایم مجهز به وصله های پیزوالکتریک، تحلیل شده است. بر اساس تیوری تیر اویلر - برنولی، با استفاده از اصل همیلتون، معادلات حاکم بر حرکت سیستم استخراج شده اند. در این معادلات، کوپلینگ ژیروسکوپی، کوپلینگ الکترومکانیکی و اثرات گرانشی در نظر گرفته شده اند. روش گالرکین برای گسسته سازی معادلات حرکت، به کار گرفته شده است. نتایج عددی برای پیشبینی اثرات پارامترهای زاویه قرارگیری لایه پیزوالکتریک، سرعت دورانی، طول لوله و سرعت جریان روی پاسخ نابالانسی سیستم بررسی شده اند. نتایج نشان می دهد که بسته به مقدار فرکانس تحریک، دامنه ارتعاشات می تواند با افزایش زاویه قرارگیری لایه پیزوالکتریک، کاهش یا افزایش یابد. نتایج این تحقیق می تواند در طراحی لوله پیزوالکتریک و پیشبینی های عملکردی برای کنترل ارتعاشات و کاربردهای برداشت کننده های انرژی در آینده استفاده شود.
    کلید واژگان: لوله دوار, پیکربندی قائم, پیزوالکتریک, برهم کنش سیال-سازه, ارتعاشات}
    Reza Ebrahimi *
    There are many engineering applications of pipes at different scales for conveying fluid. The dynamic characteristics of a spinning pipe conveying fluid in vertical configuration equipped with piezoelectric patches are analyzed in this study. Based on Euler–Bernoulli beam theory, the governing equations of the system are derived by applying Hamilton’s variational principle. In this equations, the gyroscopic coupling, electromechanical coupling and gravitational effects are considered. The Galerkin’s method is used to discretize the governing equations of motions. Numerical results are investigated to predict the influences of the piezoelectric layer spanning angle, spinning speed, pipe length and flow velocity, on the unbalance response of the system. The results indicate that, depending on excitation frequency, the vibration amplitude can be decreased or increased by increasing the piezoelectric layer spanning angle. The results of this research can be used to conduct piezoelectric pipe design and performance predictions for future pipe vibration control and energy harvesting applications.
    Keywords: Spinning pipe, Vertical configuration, Piezoelectric, Fluid–structure interaction, Vibration}
  • میلاد عظیمی، مرضیه اقلیمی دژ، علیرضا علیخانی

    در این مقاله به طراحی الگوریتم‏های کنترل فعال ارتعاشات و کنترل مقاوم مود لغزشی انتگرالی جهت پایدارسازی وضعیت فضاپیمای انعطاف‏پذیر در حضور اغتشاشات خارجی و خرابی عملگر پرداخته شده است. فضاپیما به صورت یک هاب صلب در مانور سه محوره به همراه دو پنل خورشیدی مجهز به حسگر/عملگرهای پیزوالکتریک در قالب یک سیستم دینامیکی کوپل صلب-انعطاف‏پذیر مدل سازی شده است. ساختار کنترل تحمل‏پذیر خطای غیرفعال مود لغزشی انتگرالی با بهره‏گیری از یک الگوریتم کنترل نامی تناسبی-مشتقی و یک الگوریتم تحمل‏پذیر خطای توسعه یافته با لحاظ خطای افزوده متغیر با زمان به منظور افزایش عملکرد، عدم تحریک مودهای انعطاف‏پذیر و آسیب‏ سیستم در فاز رسیدن به سطح لغزش طراحی شده است. بدین ترتیب با ورود سیستم به مود لغزش، رفتار دینامیک حلقه بسته شامل خطای عملگر، مشابه با سیستم سالم خواهد شد. جهت کاهش ارتعاشات ناشی از دینامیک وضعیت و خرابی عملگرها، الگوریتم کنترل فعال ارتعاشاتی نیز به طور هم زمان در تمام طول مانور فعال‏سازی می‏شود. عملکرد ساختار کنترل پیشنهادی با معیارهای میزان تحریک مودهای انعطاف‏پذیر، تلاش کنترلی و دستیابی به پارامترهای مطلوب وضعیت در قالب یک مطالعه مقایسه‏ای مزیت و برتری آن را نسبت به الگوریتم مود لغزشی انتگرالی بدون قابلیت تحمل‏پذیری خطا نمایش می‏دهد.

    کلید واژگان: پیزوالکتریک, کنترل تحمل‏ پذیر خطا, کنترل فعال ارتعاشات, کنترل مود لغزشی انتگرالی, فضاپیمای انعطاف‏پذیر}
    Milad Azimi, Marzieh Eghlimi Dezh, Alireza Alikhani

    An active vibration control algorithm and robust integral sliding mode control (SMC) are discussed to stabilize the attitude of the flexible spacecraft under external disturbances and actuator faults. As a coupled rigid-flexible dynamical system, the flexible spacecraft is modeled as a rigid hub with two solar panels equipped with piezoelectric (PZT) sensors and actuators. A passive fault-tolerant integral sliding mode control algorithm using a nominal proportional-derivative control algorithm and an improved fault-tolerant algorithm with time-varying additive fault is developed to increase system’s performance, prevent the system's flexible modes excitations in the phase of reaching the sliding surface. Therefore, when the system enters the sliding mode, the closed-loop dynamic behavior, including actuator faults, will be identical to that of the system without faults. It is possible to reduce the residual vibrations caused by the attitude dynamics and actuator faults by simultaneously activating the strain rate feedback (SRF) vibration control algorithm during the maneuver. The performance of the proposed integral fault-tolerant control in terms of the flexible modes excitation, the control effort, and achieving the desired attitude parameters in a comparative study demonstrated its advantage and superiority over the conventional integral sliding mode algorithms.

    Keywords: Piezoelectric, Fault tolerant control, Active vibration control, Integral sliding mode control, Flexible spacecraft}
  • محمدکاظم حسن زاده اقدم، یاسین کرامتی، رضا انصاری

    در این مقاله از رویکرد میکرومکانیکی موری تاناکا برای محاسبه خواص الاستیک و پیزوالکتریک کامپوزیت هیبریدی با زمینه ی پلی آمید و تقویت شده با ذرات پیزوالکتریک تیتانات زیرکونات سرب و نانولوله ی کربنی استفاده شده است. مدل سازی شامل دو مرحله است که ابتدا اثر توزیع نانولوله ی کربنی در زمینه ی پلی آمید محاسبه شده و در مرحله ی بعدی از نتایج به دست آمده برای انجام محاسبات اضافه کردن ذرات پیزوالکتریک استفاده شده است. مدل با نتایج آزمایشگاهی و مطالعات پیشین اعتبار سنجی شده است. افزایش کسر حجمی ذرات پیزوالکتریک باعث افزایش مدول های الاستیک، مدول های برشی و ثوابت پیزوالکتریک می شود. مدل سازی برای حالت پخش یکنواخت و غیر یکنواخت نانولوله های کربنی انجام شده است. نتایج نشان می دهد با افزودن نانولوله ی کربنی، مدول های الاستیک و ثوابت پیزوالکتریک افزایش می یابند. همچنین تجمع نانولوله های کربنی باعث کاهش این مدول ها خواهد شد.

    کلید واژگان: میکرومکانیک, موری-تاناکا, پیزوالکتریک, نانولوله ی کربنی, کامپوزیت هیبریدی}
    MohammadKazem HassanzadehAghdam, Yasin Keramati, Reza Ansari

    In this article, the Mori-Tanaka micromechanical approach is used to obtain the elastic and piezoelectric properties of a hybrid composite with a polyamide matrix and reinforced with piezoelectric particles of lead zirconate titanate and carbon nanotubes. Modeling consists of two steps, first, the effect of carbon nanotube distribution in the polyamide matrix is calculated, In the next step, the obtained results were used to calculate the addition of piezoelectric particles. The model has been validated with experimental results and previous studies. the increase in the volume fraction of piezoelectric particles causes an increase in the elastic and shear moduli and piezoelectric constants. Modeling for uniform and non-uniform distribution of carbon nanotubes has been done. The results show that by adding carbon nanotubes, the elastic moduli and piezoelectric constants increase. Also, the agglomeration of carbon nanotubes reduces these modules.

    Keywords: Micromechanics, Mori-Tanaka, Piezoelectric, Carbon nanotubes, Hybridcomposite}
  • مجید جباری*، مهران اقدامی

    با توجه به رابطه مستقیم میان تغییر شکل حاصل از ارتعاش و ولتاژ تولید شده در سطح میکروتیر پیزوالکتریک ، بررسی نقش ابعاد هندسی این قطعات در ولتاژ تولید شده در اعمال یک نیروی ثابت از اهمیت بسزایی برخوردار است. در این تحقیق به منظور بهینه سازی ابعاد هندسی میکرو تیر پیزوالکتریک از ابزار الگوریتم ژنتیک نرم افزار متلب استفاده گردید. به این منظور ابتدا رابطه تحلیلی حاکم بر یک میکرو تیر تک لایه پیزو الکتریک در مدل اولر برنولی استخراج گردید و به عنوان تابع هدف در بهینه سازی مورد نظر لحاظ شد سپس متغیر های طول تیر ، طول لایه پیزو الکتریک ، پهنای تیر ، ضخامت لایه پیزوالکتریک و ضخامت تیر به عنوان متغیر های مطلوب برای بیشینه کردن ولتاژ برداشت شده در این بهینه سازی انتخاب گردیدند. برای اطمینان از دقت رابطه تحلیلی ارایه شده در نرم افزار آباکوس میکرو تیر تک لایه پیزوالکتریک مذکور مدل گردید که مقایسه نتایج از انطباق 88 درصدی رابطه تحلیلی و مدل المان محدود حکایت داشت. همچنین مشاهده گردید بهینه سازی با استفاده از ابزار الگوریتم ژنتیک نرم افزار متلب در صورت انتخاب اندازه جمعیت مناسب می تواند تا 59 درصد ولتاژ تولید شده را افزایش دهد و در عین حال بیش از 50 درصد ابعاد میکرو تیر مذکور را کاهش دهد.

    کلید واژگان: الگوریتم ژنتیک, پیزوالکتریک, بهینه سازی, برداشت انرژی اتلافی}
    Majid Jabbari *, MEHRAN EGHDAMI

    According to the direct relationship between the deformation due to vibration and the voltage generated at the Unimorph piezoelectric Surface, it is important to investigate the role of the geometric dimensions of these components in the voltage generated in a constant force application. In this study, in order to optimize the geometric dimensions of the piezoelectric Micro Electro Mechanic Systems (MEMS), the tool of MATLAB software genetic algorithm was used. For this purpose, first the analytical relationship governing a unimorph piezoelectric MEMS in Euler-Bernoulli model was extracted and considered as the objective function in the desired optimization. Then the variables of beam length, piezoelectric layer length, beam width, piezoelectric layer thickness and the thickness of the beam was selected as the optimal variables to maximize the product voltage in this optimization. To ensure the accuracy of the analytical relationship presented in ABAQUS software, the unimorph piezoelectric MEMS was modeled, that showed a 88% compliance between the analytical relationship and the finite element model. It was also observed that optimization using the genetic algorithm tool of MATLAB software, if the suitable population size is selected, can increase the generated voltage by up to 59% and at the same time reduce the dimensions of the unimorph by more than 50%..

    Keywords: genetic algorithm, Piezoelectric, Optimization, Energy Harvesting}
  • میلاد عظیمی*
    در این مقاله به طراحی کنترلرهای مقاوم هیبرید مود لغزشی توسعه یافته با سطح لغزش زمان متغیر و ارتعاشات یک فضاپیمای انعطاف‏پذیر در مانور وضعیت پرداخته شده است. مدل دینامیک غیرخطی کاملا کوپل صلب-انعطاف‏پذیر شامل دوران سه محوره جسم صلب در تعامل با تغییرشکل‏های عرضی پنل‏های انعطاف‏پذیر مجهز به حسگر/عملگر‏های پیزوالکتریک می‏باشد. سیگنال هموار کنترلی شامل ترم تانژانت هایپربولیک و یک تابع تنظیم شدت‏ سوییچینگ به منظور کاهش اثرات چترینگ و تعدیل اثرات ناشی از تعاملات فرکانس بالای بخش‏های انعطاف‏پذیر و اغتشاشات خارجی با بدنه صلب و کنترلر می‏باشد. ساختار سطح لغزشی متغیر با زمان امکان تنظیم میزان اثر پارامترهای وضعیت (کواترنیون‏ها و سرعت‏های زاویه‏ای) را بر عملکرد کنترلی فراهم ساخته است. همچنین ارتعاشات باقی‏مانده حین و پس از فاز دستیابی به هدف با به کارگیری یک الگوریتم مقاوم کنترل فعال ارتعاشات، کاهش یافته است. شبیه‏سازی‏ها در قالب مطالعه مقایسه‏ای، عملکرد و برتری رویکرد پیشنهادی را در مقایسه با رویکرد کلاسیک کنترل مود لغزشی برای سیستم‏های با انعطاف‏پذیری سازه‏ای در حضور اغتشاشات خارجی و نامعینی‏ها نمایش می‏دهد.
    کلید واژگان: پیزوالکتریک, چترینگ, کنترل فعال ارتعاشات, سطح لغزش زمان متغیر, کنترل مود لغزشی, کنترل مقاوم}
    Milad Azimi *
    This paper proposes robust hybrid sliding mode control with a time-varying sliding surface and active vibration control for a flexible spacecraft during attitude maneuver. The fully coupled nonlinear dynamic model of the rigid-flexible system includes the three-axis rotation of the rigid body in interaction with the transverse deformation of the smart PZT-mounted flexible appendages. The smooth control signal includes a hyperbolic tangent and a sharpness function to reduce the effects of chattering and high-frequency interactions of the flexible parts and external disturbances in interaction with the rigid body and controller. The structure of the variable sliding surface with time has made it possible to adjust the effect of attitude parameters (quaternions and angular velocities) on the control performance. Also, the residual vibrations during and after the reaching phase are suppressed using a robust active vibration control algorithm. The simulations in the form of a comparative study show the performance and superiority of the proposed approach compared to conventional sliding mode control approaches for systems with structural flexibility in the presence of external perturbations and uncertainties.
    Keywords: Active vibration control, Chattering, Piezoelectric, Robust Control, Sliding Mode Control}
  • حسین آذریون، محمدرضا الهامی

    در این پژوهش فرض شده است که پوسته ساندویچی خارجی دارای هسته ساخته شده از مواد مدرج تابعی همراه با وصله های پیزوالکتریک باشد و پوسته داخلی از جنس کامپوزیت‏های لایه‏ ای باشد. پوسته‏ های استوانه‏ای دوجداره دارای سه محیط آکوستیک خارجی، داخلی و میانی هستند و تحت برخورد امواج آکوستیک با زاویه اثر مشخص قرار گرفته اند. معادلات دینامیکی سازه با استفاده از فرضیه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پوسته‏ ها و اصل همیلتون استخراج شده‏اند و همراه با شرایط مرزی سیال/سازه معادلات نهایی را تشکیل می‏دهند. با استفاده از بسط‏های سری فوریه فشار‏های صوت ورودی، برگشتی و خروجی و جابجایی‏ های پوسته، معادلات دینامیکی گسسته ‏سازی شده و به فرم ماتریس حالت در می‏آیند. بعد از اعتبارسنجی نتایج با مقالات موجود ، نهایتا اثرات، ولتاژ اعمالی از طرف وصله ‏های پیزوالکتریک، درصد مواد تابعی، زاویه الیاف بکار رفته در کامپوزیت ها، انواع مواد کامپوزیتی، تعداد وصله‏های پیزوالکتریک و زاویه برخورد بر رفتار افت انتقال صوت سازه در محدوده فرکانسی مشخصی مورد ارزیابی قرار گرفته است. و در نهایت پارامترهای ولتاژ اعمالی از طرف وصله ‏های پیزوالکتریک، درصد مواد تابعی، زاویه الیاف بکار رفته در کامپوزیت ها، انواع مواد کامپوزیتی، تعداد وصله‏ های پیزوالکتریک و زاویه برخورد ، افت انتقال صوت را بیشتر کرد.

    کلید واژگان: افت انتقال صوت, پوسته های استوانه ای, مواد مدرج تابعی, پیزوالکتریک, تئوری میدان برشی مرتبه اول}
    hossein Azarioun, MohammadReza Elhami

    In this study, it is assumed that the outer shell of the sandwich has a core made of functional calibrated materials with piezoelectric patches and the inner shell is made of layered composites. Double-walled cylindrical shells have three external, internal and middle acoustic environments and are exposed to acoustic waves with a specific angle of effect. The dynamic equations of the structure are derived using the hypothesis of first-order shear displacement field of shells and Hamilton principle and together with the fluid / structure boundary conditions form the final equations. Using the Fourier series expansions of the input, return, and output sound pressures and shell displacements, the dynamic equations are discretized to form a state matrix. After validating the results with existing articles, finally the effects, voltage applied by piezoelectric patches, percentage of functional materials, angle of fibers used in composites, types of composite materials, number of piezoelectric patches and angle of impact on the structure of sound transmission behavior It has been evaluated in a certain frequency range. Finally, the voltage parameters applied by the piezoelectric patches, the percentage of functional materials, the angle of the fibers used in the composites, the types of composite materials, the number of piezoelectric patches and the angle of impact increased the sound loss.

    Keywords: : Sound transmission loss, Cylindrical shells, Functionally graded materials, Piezoelectric, First-order shear deformation Theory}
  • شهروز یوسف زاده*، محمدمهدی دوستدار

    در این پژوهش، ارتعاشات آزاد تیر تیموشنکو مخروطی چرخان با لایه محرک پیزوالکتریک موردمطالعه قرار گرفته است. جنس تیر از مواد تابعی FGM (Functionally Graded Materials) در راستای ضخامت و شرط مرزی یکسر گیردار متصل به هاب در نظر گرفته شده است. تحلیل بر اساس تیوری تغییر شکل برشی مرتبه اول انجام شده است. در ابتدا، انرژی کل سیستم شامل انرژی پتانسیل و جنبشی تیر و لایه پیزوالکتریک محاسبه شده و سپس با بهره گیری از روش ریلی- ریتز مبتنی بر کمینه سازی انرژی کل سیستم، فرکانس های طبیعی سیستم استخراج شده است. در ادامه پس از اعتبارسنجی نتایج حاصل از طریق مقایسه با نتایج سایر محققان، تاثیر پارامترهای هندسی مختلف از قبیل ضخامت و پهنای تیر، شیب مخروط تیر، طول تیر، سرعت دورانی و همچنین ولتاژ پیزوالکتریک بر فرکانس طبیعی مطالعه شده است. نتایج نشان دادند که با افزایش سرعت زاویه ای تیر، فرکانس طبیعی افزایش می یابد به طوری که با بیشتر شدن سرعت افزایش، فرکانس طبیعی با شیب تندتری افزایش می یابد.

    کلید واژگان: تیر مخروطی چرخان, مواد تابعی, فرکانس طبیعی, پیزوالکتریک, تئوری تغییر شکل برشی مرتبه اول}
    Shahrouz Yousefzadeh *, Mohammadmehdi Doostdar

    In this research, the free vibration of rotating tapered Timoshenko beam with piezoelectric layer has been studied. It is assumed that the beam is made of Functionally Graded Materials (FGM) through the thickness direction and the boundary condition is a cantilever attached to the hub. The first-order shear deformation theory has been used to drive governing equations. At first, the total energy of the system such as potential and kinetic energies for the beam and piezoelectric layer has been derived, and then the natural frequencies of the beam have been determined by the Ritz approach based on minimizing the total system energy. After verifying the results by comparing them with other research, the effects of some parameters such as hub radius, rotational speed, taper ratios, rotary inertia, material gradient, piezoelectric voltage, and beam thickness on the natural frequencies of the tapered Timoshenko beam have been studied in detail. The results showed that with increasing the angular velocity of the beam, the natural frequency increases so that as the increasing velocity increases, the natural frequency increases with a steeper slope.

    Keywords: Rotating tapered beam, Functionally graded material, Natural frequency, Piezoelectric layer, First order shear deformation theory}
  • محمدحسین حبیبی، مصطفی لیوانی*، محمد مسکینی

    در این پژوهش اثر معیوب بودن ماده بر روی پاسخ ارتعاشات آزاد ورق ساندویچی هدفمند با رویه های پیزوالکتریک موردمطالعه قرار می گیرد. یک تابع تغییر شکل برشی هایپربولیک جدید در این مقاله ارایه شده است. خواص مواد هدفمند با توزیع توان تابع تغییرات خواص در راستای ضخامت تغییر می کند. ساختار این مواد در طی فرآیند تولید نمی تواند کاملا مطابق با الگوی مدنظر باشد که این موضوع منجر به تولید ماده هدفمند معیوب می شود. ازاین رو در این پژوهش، یک مدل سالم و دو نوع مدل معیوب برای تابع تغییرات خواص در نظر گرفته شده است. معادلات دیفرانسیل حاکم با استفاده از اصل همیلتون و با استفاده از روش ناویر حل شده است. اثرات پارامترهای مهم هندسی و مکانیکی شامل نسبت ضخامت به طول، نسبت طول به عرض، نسبت ضخامت هسته هدفمند به لایه پیزوالکتریک و اثر پتانسیل الکتریکی بر روی پاسخ فرکانس طبیعی ورق ساندویچی با هسته هدفمند معیوب و رویه های پیزوالکتریک بررسی شده است. جهت اعتبارسنجی، نتایج تحلیلی به دست آمده در این پژوهش با نتایج ارایه شده در مقالات مقایسه شده است و در این مقایسه تطابق خوبی حاصل گردید که نشان از صحیح بودن تیوری جدید، روند استخراج و حل معادلات است.

    کلید واژگان: ارتعاشات آزاد, مواد هدفمند معیوب, پیزوالکتریک, تئوری هایپربولیک جدید, اصل همیلتون}
    MohammadHossein Habibi, Mostafa Livani *, Mohammad Meskini

    In this study, the effect of material imperfection on the free vibration response of FG sandwich panel with piezoelectric face sheets is studied. A new hyperbolic shear deformation function is presented in this paper. The properties of the FG core varied along the thickness according to power law. The material composition in production process cannot be completely in accordance with the expected pattern, which leads to the production of imperfect FG material. Hence in this research, one perfect model and two types of imperfect models have been considered. The governing differential equations are derived using the Hamilton’s principle and solved using the Navier method. The effects of important geometric and mechanical parameters of perfect model and two types of imperfect model including thickness to length ratio, length to width ratio, FGM core to piezoelectric layer thickness ratio and electrical potential on natural frequency response of imperfect FG sandwich panel with piezoelectric face sheets are investigated. To verification, the analytical results obtained in this study are compared with the results presented in the literature, and in this comparison, a good agreement was obtained, which shows the correctness theory, deriving and solving equations.

    Keywords: Free vibration, Imperfect FGM, Piezoelectric, New hyperbolic theory, Hamilton’s Principal}
  • محمدرضا الهامی*، حسین آذریون، خداداد واحدی

    در این پژوهش، به بررسی افت انتقال صوت در یک پوسته استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی همراه با وصله های پیزوالکتریک با استفاده از نظریه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پرداخته شده است. همچنین فرض شده است که پوسته استوانه ای ساخته شده از مواد مدرج تابعی ترکیبی از سرامیک و فلز باشد و به وسیله مدل تابع توانی، خواص مواد در جهت ضخامت آن متغیر در نظر گرفته شده است. قابل ذکر است که از وصله های پیزوالکتریک در بیرون و داخل پوسته به عنوان عملگر و سنسور استفاده شده است. کل سازه در یک محیط آکوستیکی حاوی هوا غوطه ور است و تحت برخورد امواج آکوستیکی با زاویه برخورد مشخص قرار گرفته است. معادلات دینامیکی سازه با استفاده از فرضیه میدان جابجایی برشی مرتبه اول پوسته ها، اصل همیلتون و شرایط مرزی سیال/سازه استخراج شده اند. با استفاده از سری فوریه، فشار های صوت برخوردی، برگشتی و خروجی و جابجایی های پوسته، معادلات دینامیکی گسسته سازی شده و به فرم ماتریس حالت ارایه شده اند. بعد از اعتبارسنجی نتایج، نهایتا اثرات ولتاژ اعمالی از طرف وصله های پیزوالکتریک، درصد مواد مدرج تابعی، تعداد وصله های پیزوالکتریک، زاویه برخورد بر رفتار افت انتقال صوت سازه در محدوده فرکانسی مشخصی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان داد که با افزایش پارامتر ایندکس تابع توانی افت انتقال صوت در محدوده فرکانس پایین کاهش می یابد. همچنین ولتاژ اعمالی قادر به بهبود افت انتقال صوت در سازه خصوصا در نواحی فرکانس بالا بوده است.

    کلید واژگان: افت انتقال صوت, پوسته های استوانه ای, مواد مدرج تابعی, پیزوالکتریک, تئوری میدان برشی مرتبه اول}
    Mohammad Reza Elhami *, Hossein Azariun, Khodadad Vahedi

    In this study, sound transmission loss of a cylindrical shell made out of functionally graded materials with an arrangement of piezoelectric patches is investigated in the framework of the first-order shear deformation theory. Also, power law model is utilized to take into account material characteristics distribution along the thickness of the shell. It is noteworthy that both outer and inner piezoelectric patches are used as actuator and sensor. The structure is immersed in an acoustic medium of air and is subjected to acoustic waves with certain incident angle. The derivation of vibroacoustic equations in the form of coupled relations is realized by implementing Hamilton’s principle in conjunction with fluid/structure compatibility conditions. An analytical method is exploited to solve the coupled vibroacoustic governing equations with Fourier series. After validation study, parameter studies reveal the effects of the functionally graded index, incident angles, external electric voltage, and characteristics of piezoelectric patches on the sound transmission loss behavior of the structure in a certain frequency domain. Results indicated that with increasing the power law index, sound transmission loss decreases in the low-frequency region. Also, the applied voltage is able to improve the sound transmission loss especially in high-frequency region.

    Keywords: Sound transmission loss, Cylindrical shells, Functionally graded materials, Piezoelectric, First-order shear deformation Theory}
  • شعیب خانمحمدی*، سجاد خانجانی
    با استفاده از فناوری های نوین نظیر سیستم فراصوتی و برداشت آب از مه با استفاده از توری های فلزی می توان عملکرد آب شیرین کن های استخری خورشیدی را بهبود داد. نتایج تجربی این مطالعه نشان می دهد که استفاده از ماژول تولید بخار سرد فراصوتی با بهره گیری از فناوری برداشت از مه توسط توری فلزی، در افزایش آهنگ تبخیر سطحی آب شور، چگالش قطره ای و تولید آب شیرین در سیستم آب شیرین کن استخری خورشیدی تاثیرگذار است. بر اساس ارزیابی عملکرد سیستم آزمایشگاهی بهبودیافته با فراصوتی و توری فلزی دیده شد که با افزایش دمای محیط و شدت تابش خورشید، قطرات اتمیزه شده توسط امواج فراصوتی به سرعت تبخیر می شوند و عملکرد چشمگیری دارند. نتایج نشان می دهد که میزان ضریب انتقال گرمای تبخیری آب شور 90/22% بهبود و بازده انرژی و اگزرژی داخلی به ترتیب به میزان 21/56%، 14/29% افزایش می یابد. همچنین این تغییرات باعث افزایش میزان تولید آب شیرین در سیستم بهبود یافته با فراصوتی و توری تا 75/18% در مقایسه با سیستم پایه می شود.
    کلید واژگان: آب شیرین کن استخری خورشیدی, فناوری فراصوتی, برداشت از مه, چگالش, پیزوالکتریک, بخار سرد}
    Shoaib Khanmohammadi *, Sajjad Khanjani
    New technologies such as ultrasonic systems and water extraction from fog using metal nets can improve the performance of solar still desalination systems. Experimental results of the current study show that the use of ultrasonic cold vapor generator module and using fog-harvesting technology by metal mesh are effective in increasing the rate of surface evaporation of saline water, dropwise condensation, and freshwater production in the solar still desalination system. Based on the performance evaluation of the improved system by ultrasonic unit and metal mesh, it was found that with increasing ambient temperature and solar radiation intensity, the atomized droplets evaporate quickly with ultrasonic waves and have a remarkable performance. The results show that the evaporative heat transfer coefficient of saline water increases by 22.90% and the energy efficiency and internal exergy increase by 56.21% and 29.14%, respectively. The modifications also increase the production of fresh water in the improved system with ultrasonic and metal net up to 18.75% compared to the base system.
    Keywords: Single slope solar still, Ultrasonic technology. Fog harvesting, Condensation, Piezoelectric, Cold vapor}
  • کوروش خورشیدی*، مهدی کریمی، مهدی رضایی سرای
    در مقاله ی حاضر به بررسی برداشت انرژی از تیر های ناهمگن با لایه پیزوالکتریک با استفاده از تیوری های اصلاح شده پرداخته شده است. شرایط مرزی کلاسیک متفاوتی که ترکیب حالات مختلف گیردار، آزاد و ساده می باشد برای تیر لحاظ شده است. خواص سازه پایه بصورت توانی در راستای ضخامت تغییر می کند به طوریکه با تغییر پارامتر توانی درصد های حجمی متفاوتی از سرامیک و فلز در مدلسازی لحاظ می گردد. با استفاده از یک فرمولاسیون عمومی، مدل های تیر مختلفی از قبیل اویلر- برنولی، نمایی، مثلثاتی، هایپربولیکی و مرتبه پنج درنظرگرفته شده است. مدل های اصلاح شده مورد استفاده در این پژوهش قادر به لحاظ کردن اینرسی های دورانی و تغییر شکل های برشی عرضی می باشند. ارتعاشات سازه متاثر از تحریک هارمونیک پایه می باشد و همچنین دو نوع دمپینگ سازه ای و لزج برای تیر مدلسازی شده است. با استفاده از بسط مودال، جابجایی عرضی تیر ناشی از تحریک بدست می آید و سپس توان، جریان و ولتاژ خروجی محاسبه می شود. در قسمت تحلیل به بررسی تاثیر پارامترهای مختلف بر مشخصات ارتعاشی و برداشت انرژی سیستم بررسی می شود.
    کلید واژگان: برداشت انرژی, تابعی مدرج, تئوری های اصلاح شده, پیزوالکتریک}
    Korosh Khorshidi *, Mahdi Karimi, Mehdi Rezaeisaray
    In the current paper, the piezoelectric energy harvesting of inhomogeneous beams based on modified beam models is studied. Different classical boundary conditions, which are combination of free, simply and clamped, are contemplated for the structure. The beam mechanical properties are assumed to vary based on the power law along the thickness direction in which volume fractions of the ceramic and metal part can be adjusted using FG parameter. Here, various beam theories such as Euler-Bernoulli, exponential, trigonometric, hyperbolic and fifth-order are modelled using a unified formulation. These beam theories are capable of catching rotary inertia effects and transverse shear deformations. The vibrational performance of the beam is affected by the harmonic vibrations of the base. Additionally, two different dampings including structural damping and viscous damping are modelled in the current formulation. Transverse deflection of the beam is obtained using modal expansion and then electrical power, current and voltage outputs are calculated. Ultimately, in the discussion section, the impacts of different parameters on the vibration and energy harvesting of the beam are analyzed.
    Keywords: Energy Harvesting, Functionally graded, Modified theories, Piezoelectric}
  • اسماعیل شیرازی*، علی اصغر جعفری
    در این پژوهش یک سیستم برداشت انرژی که در آن دو تیر طره کوپل شده با لایه های پیزوالکتریک به یک دیسک ‏صلب چرخان متصل هستند معرفی شده است. ‏ابتدا معادلات سیستم با استفاده از روابط الکترومکانیکال لاگرانژ نوشته و سپس به روش حل دقیق و ‏تقریب رزونانس حل دقیق، حل شده است. همچنین سیستم برداشت انرژی به کمک نرم افزار شبیه سازی گردیده ‏است. اثر سرعت زاویه ای بر ولتاژ، مقاومت الکتریکی و توان بهینه بررسی و مشاهده شد که با افزایش سرعت زاویه ای، ولتاژ و مقاومت بهینه ابتدا کاهش و سپس افزایش می یابد ولی توان بهینه ابتدا افزایش و سپس کاهش می ‏یابد. کمینه ولتاژ و مقاومت بهینه و بیشینه توان بهینه در سرعت 44 رادیان بر ثانیه بدست می آید. ‏‎ ‎نتایج نشان ‏داد که در این سیستم به منظور تولید توان حداکثر مطلق 0/094 وات به مقاومت الکتریکی 1115 اهم نیاز است. ‏همچنین تغییرات توان بر حسب تغییرات ولتاژ و مقاومت الکتریکی بررسی شده است. مقایسه نتایج سه روش ‏استفاده شده نشان داد که مطابقت بالایی میان نتایج حاصل از حل معادلات و شبیه سازی وجود دارد و پاسخ های ‏تقریب رزونانس ساده تر از پاسخ های حل دقیق بوده و خطای ناچیزی دارد.‏
    کلید واژگان: برداشت انرژی, پیزوالکتریک, تیر چرخان}
    Esmaeil Shirazi *, Ali Asghar Jafari
    In this research, a energy harvesting system was introduced in which two console beams coupled with ‎piezoelectric layers are ‎connected to a rotating rigid disk. ‎First, the system equations were written using the ‎electromechanical Lagrange equations and then solved by exact solution and resonance ‎approximation of the exact solution methods. The energy harvesting system was also simulated ‎in software. The effect of angular velocity on resistance, voltage and optimal power was ‎investigated and observed that increasing angular velocity, the optimal resistance and voltage ‎first decrease and then increase, but the optimal power first increases and then decreases. ‎Optimal minimum resistance and voltage and maximum optimal power are obtained at 44 ‎rad/s. The results showed that in this system in order to produce absolute maximum power of ‎‎0.094 W, electrical resistance of 1115 Ω is required. Power were also evaluated versus ‎electrical voltage and resistance. Moreover, comparison of the results of the three methods ‎showed very good agreement between the results of solving equations and simulation and ‎resonance approximation solution responses are simpler than exact solution ones and have ‎negligible error.‎
    Keywords: Energy Harvesting, Piezoelectric, Rotating beam}
نکته
  • نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شده‌اند.
  • کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شده‌است. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال