Математика и математическое моделирование. 2019; : 1-14
Математическое и компьютерное моделирование пьезоэлектрического генератора устройств накопления энергии
https://doi.org/10.24108/mathm.0119.0000176Аннотация
Статья посвящена моделированию работы пьезоэлектрического генератора (ПЭГ) в виде круглой биморфной пластины с двумя пьезоактивными слоями и инерционной массой. Рассматриваемый ПЭГ может служить элементом устройства накопления энергии, в качестве источника электрической энергии, получаемой из вибраций элементов конструкций и машин. Целями работы является повышение эффективности ПЭГ с помощью определения его рациональных геометрических параметров Упругие и пьезокерамические среды моделируются в рамках линейной теории электроупругости. В статье решается задача вынужденных гармонических колебаний на первой частоте антирезонанса и определяется выходной электрический потенциал. В качестве инструмента исследования используются CAE пакет ACELAN. В численных результатах проводится анализ зависимостей выходного потенциала от различных геометрических параметров
Список литературы
1. Häsler E., Stein L., Harbauer G. Implantable physiological power supply with PVDF film // Ferroelectrics. 1984. Vol. 60. No. 1. Pp. 277-282. DOI: 10.1080/00150198408017528
2. Kymissis J., Kendall C., Paradiso J., Gershenfeld N. Parasitic power harvesting in shoes // IEEE 2nd intern. symp. on wearable computers (Pittsburgh, PA, USA, October 19-20, 1998): Digest of papers. N.Y.: IEEE, 1998. Pp. 132-139. DOI: 10.1109/ISWC.1998.729539
3. Starner T. Human-powered wearable computing // IBM Systems J. 1996. Vol. 35. No. 3-4. Pp. 618-629. DOI: 10.1147/sj.353.0618
4. Соловьев А.Н., Ле Ван Зыонг. Конечно-элементное моделирование пьезоэлектрического устройства накопления энергии на основе кантеливера // Вестник Донского гос. техн. ун-та. 2014. № 1(76). C. 169-179. DOI: 10.12737/3516
5. Соловьев А.Н., Ле Ван Зыонг. Конечно-элементное моделирование и анализ пьезоэлектрического устройства накопления энергии в форме круглой пластины с пьезоэлементами // Экологический вестник науч. центров Черноморского экономич. сотрудничества. 2013. Т. 1. № 4. C. 112-119.
6. Акопьян В.А., Паринов И.А., Рожков Е.В., Чебаненко В.А., Ле Ван Зыонг. Экспериментальное и конечно-элементное моделирование устройств накопления энергии // Математическое моделирование и биомеханика в современном университете: IX Всеросс. школа-семинар (с. Дивноморское, Краснодарский край, Россия, 26-30 мая 2014 г.): Сб. тр. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного Федерал. ун-та, 2014. C. 57.
7. Ле Ван Зыонг, Рожков Е.В. Оптимизация конструкции устройств накопления энергии на основе пьезоэлектрических элементов с помощью конечно-элементного моделирования // Математическое моделирование и биомеханика в современном университете: VIII Всеросс. школа-семинар (с. Дивноморское, Краснодарский край, Россия, 27-31 мая 2013 г.): Сб. тр. Ростов-на-Дону: Изд-во Южного Федерал. ун-та, 2013. C. 61.
8. Williams C.B., Yates R.B. Analysis of a micro-electric generator for microsystems // Sensors and Actuators A: Physical. 1996. Vol. 52. No. 1-3. Pp. 8-11. DOI: 10.1016/0924-4247(96)80118-X
Mathematics and Mathematical Modeling. 2019; : 1-14
Mathematical and Computer Modeling of Piezoelectric Generator for Energy Harvesting Devices
https://doi.org/10.24108/mathm.0119.0000176Abstract
The paper deals with modeling a Piezoelectric Generator (PEG) that includes piezoactive elements, inertial mass, plate and rack. The PEG under consideration can be an element of the energy storage device in the capacity of the source of energy provided from vibrations of elements of structures and machines.
The main objective of the paper is to gain the PEG efficiency by finding the optimal geometric parameters for finding the highest output potential.
The elastic and piezoceramic media are modeled within the framework of the linear theory of electroelasticity. As a research tool, CAE package ACELAN is used in which three-dimensional and axisymmetric device models are built. The numerical experiments performed a modal and harmonic analysis that enabled us to identify the most effective operating frequencies.
References
1. Häsler E., Stein L., Harbauer G. Implantable physiological power supply with PVDF film // Ferroelectrics. 1984. Vol. 60. No. 1. Pp. 277-282. DOI: 10.1080/00150198408017528
2. Kymissis J., Kendall C., Paradiso J., Gershenfeld N. Parasitic power harvesting in shoes // IEEE 2nd intern. symp. on wearable computers (Pittsburgh, PA, USA, October 19-20, 1998): Digest of papers. N.Y.: IEEE, 1998. Pp. 132-139. DOI: 10.1109/ISWC.1998.729539
3. Starner T. Human-powered wearable computing // IBM Systems J. 1996. Vol. 35. No. 3-4. Pp. 618-629. DOI: 10.1147/sj.353.0618
4. Solov'ev A.N., Le Van Zyong. Konechno-elementnoe modelirovanie p'ezoelektricheskogo ustroistva nakopleniya energii na osnove kantelivera // Vestnik Donskogo gos. tekhn. un-ta. 2014. № 1(76). C. 169-179. DOI: 10.12737/3516
5. Solov'ev A.N., Le Van Zyong. Konechno-elementnoe modelirovanie i analiz p'ezoelektricheskogo ustroistva nakopleniya energii v forme krugloi plastiny s p'ezoelementami // Ekologicheskii vestnik nauch. tsentrov Chernomorskogo ekonomich. sotrudnichestva. 2013. T. 1. № 4. C. 112-119.
6. Akop'yan V.A., Parinov I.A., Rozhkov E.V., Chebanenko V.A., Le Van Zyong. Eksperimental'noe i konechno-elementnoe modelirovanie ustroistv nakopleniya energii // Matematicheskoe modelirovanie i biomekhanika v sovremennom universitete: IX Vseross. shkola-seminar (s. Divnomorskoe, Krasnodarskii krai, Rossiya, 26-30 maya 2014 g.): Sb. tr. Rostov-na-Donu: Izd-vo Yuzhnogo Federal. un-ta, 2014. C. 57.
7. Le Van Zyong, Rozhkov E.V. Optimizatsiya konstruktsii ustroistv nakopleniya energii na osnove p'ezoelektricheskikh elementov s pomoshch'yu konechno-elementnogo modelirovaniya // Matematicheskoe modelirovanie i biomekhanika v sovremennom universitete: VIII Vseross. shkola-seminar (s. Divnomorskoe, Krasnodarskii krai, Rossiya, 27-31 maya 2013 g.): Sb. tr. Rostov-na-Donu: Izd-vo Yuzhnogo Federal. un-ta, 2013. C. 61.
8. Williams C.B., Yates R.B. Analysis of a micro-electric generator for microsystems // Sensors and Actuators A: Physical. 1996. Vol. 52. No. 1-3. Pp. 8-11. DOI: 10.1016/0924-4247(96)80118-X
