مقایسه حل عددی و تحلیلی معادلات حاکم بر ارتعاشات تیر پیزوالکتریک برداشت کننده انرژی تحت جریان گردابی

پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1065-ISAV2024 (R2)
نویسندگان
1عضو هیات علمی گروه مهندسی مکانیک دانشگاه خوارزمی
2دانشجو
چکیده
در این مقاله به بررسی کارایی روش تئوری اغتشاشات در پیشگویی رفتار دینامیکی تیر برداشت کننده‌ی انرژی تحت اثر ریزش گردابه پرداخته می‌شود، بدین منظور یک استوانه‌ی مدور به انتهای تیر یک سر گیرداری که لایه‌ی پیزوالکتریک بر روی آن قرار دارد ضمیمه شده و جریان سیال، موازی راستای تیر بر روی آن عبور داده می‌شود. تیر در اثر تولید گردابه‌های نوسانی در قسمت پشت استوانه که از تعامل سازه و سیال نشأت می‌گیرد، دچار ارتعاش عمود بر جریان سیال می‌شود. نیروی آیرودینامیکی توسط معادله‌ی نوسانگر وندرپول اصلاح شده مدلسازی می‌شود. همچنین از اصل همیلتون برای استخراج معادلات حرکت استفاده می‌شود. پس از بدست آوردن شکل مودهای ارتعاش آزاد از آن به عنوان تابع مقایسه‌ای در روش مودهای فرضی استفاده و معادلات گسسته به کمک معادله‌ی اولر لاگرانژ به دست می‌آید. معادلات به هر دو روش عددی و تحلیلی تئوری اغتشاشات حل می‌شوند و نتایج با هم مقایسه می‌شوند. نتایج نشان می‌دهد که روش تحلیلی ارائه شده در این مقاله به خوبی می‌تواند دینامیک برداشت انرژی را پیشگویی کند.
کلیدواژه ها
 
Title
Comparison of the numerical and analytical solution of the piezoelectric energy harvester beam under vortex induced vibration
Authors
Mehdi Zamanian, Mohammad Bigdelu
Abstract
In this article, the effectiveness of the perturbation theory method in predicting the dynamic behavior of the energy harvesting beam under the effect of vortex shedding is investigated. For this purpose, a circular cylinder is attached to the end of a cantilever beam coated by a piezoelectric layer, and the fluid flow is passed on it parallel to the beam. Due to the interaction of the structure and fluid , the oscillating vortices is generated in the back of the cylinder, and the beam is oscillated perpendicular to the fluid flow. The aerodynamic drag is modeled by the modified Van der Pol oscillator equation. Hamilton's principle is also used to derive the equations of motion. After obtaining the free vibration mode shape, it is used as a comparison function in the assumed mode method and equations are discretized using Euler-Lagrange equation. The discretized equations are solved by both numerical and analytical methods of perturbation theory and the results are compared. The results show that the analytical method presented in this article can well predict the dynamics of energy harvesting.
Keywords
Perturbation theory, Piezoelectric energy harvester, Fluid and structure interaction, Assumed mode method