Preview

Вестник Донского государственного технического университета

Расширенный поиск

Численное моделирование эксперимента по импульсному воздействию на пьезоэлектрический генератор стекового типа

https://doi.org/10.12737/18132

Полный текст:

Аннотация

Описаны результаты численного моделирования натурного эксперимента низкочастотного импульсного воздействия на пьезоэлектрический генератор (ПЭГ) стекового типа для устройства накопления энергии. ПЭГ представляет собой многослойный осесимметричный пьезокерамический пакет. Разработана конечно-элементная модель устройства в ANSYS и проанализирована аналитическая упрощенная одномерная модель. Исследована зависимость выходного напряжения от величины активной нагрузки при гармоническом и нестационарном механическом воздействии на ПЭГ. Сопоставление экспериментальных результатов и численного расчета показало их хорошую сходимость, что позволяет использовать разработанные численные модели для оптимизации конструкции ПЭГ при заданных частоте внешнего воздействия и величине активного сопротивления внешней электрической цепи. Кроме того, установлено, что частотная зависимость выходного напряжения ПЭГ осевого типа имеет сложный характер, зависящий как от уровня сжимающей импульсной нагрузки и величины пьезомодуля материала чувствительного элемента ПЭГ, так и от электрического сопротивления нагрузки.

Об авторах

Аркадий Николаевич Соловьев
Донской государственный технический университет; Южный федеральный университет, ИММ и КН им. И. И. Воровича; Южный научный центр РАН
Россия


Ван Зыонг Ле
Донской государственный технический университет
Россия


Владимир Акопович Акопьян
Южный федеральный университет, ИММ и КН им. И. И. Воровича
Россия


Евгений Васильевич Рожков
Южный федеральный университет, ИММ и КН им. И. И. Воровича
Россия


Валерий Александрович Чебаненко
Южный федеральный университет, ИММ и КН им. И. И. Воровича
Россия


Список литературы

1. Erturk, A. Piezoelectric energy harvesting / A. Erturk, D. J. Inman. - N. Y. : John Willey and Sons, Ltd., 2011. - 402 p.

2. Anton, S. R. Multifunctional Piezoelectric Energy Harvesting Concepts. PhD diss. to Virginia Polytechnic Institute and State University / S. R. Anton. - Blacksburg : Virginia, 2011. - 215 p.

3. Головнин, В. А.Сравнительные характеристики пьезокерамических механоэлектрических преобразователей для генерации электричества / В. А. Головнин [и др.] // Вестник Твер. гос. ун-та. Серия «Физика». - 2010. - № 11. - С. 33-46.

4. DuToit, N. E. Design considerations for MEMS-scale piezoelectric mechanical vibration energy harvesters / N. E. DuToit, B. L. Wardle, S. G. Kim // Integrated Ferroelectrics. - 2005. - V. 71. - №. 1. - Pp. 121-160.

5. DuToit, N. E. Experimental verification of models for microfabricated piezoelectric vibration energy harvesters / N. E. DuToit, B. L. Wardle // AIAA journal. - 2007. - V. 45. - №. 5. - Pp. 1126-1137.

6. Adhikari, S. Piezoelectric energy harvesting from broadband random vibrations / S. Adhikari, M. I. Friswell, D. J Inman // Smart Materials and Structures. - 2009. V. 18. - №. 11. - P. 115005.

7. Roundy, S. A piezoelectric vibration based generator for wireless electronics / S. Roundy, P. K. Wright // Smart Materials and Structures. - 2004. - V. 13. - №. 5. - P. 1131.

8. Зыонг, Ле В. Конечно-элементный анализ применимости прикладных теорий расчета пьезоэлектрического устройства накопления энергии стековой конфигурации / Ле В. Зыонг // Инженерный вестник Дона. - 2014. - № 2. - C. 1-13.

9. Анализ стабильности электрофизических характеристик пьезокерамик различных составов, используемых для пьезоэлектрических генераторов кантилеверного типа повышенной мощности / В. А. Акопьян [и др.] // Нано- и микросистемная техника. - 2012. - № 1. - C. 37-41.

10. Многослойные пьезоэлектрические актуаторы и особенности их применения / В. К. Казаков [и др.] // Компоненты и технологии. - 2007. - № 6. - С. 62-65.

11. Гриценко, А. Состояние и перспективы развития пьезоэлектрических генераторов / А. Гриценко, В. Никифоров, Т. Щеголева // Компоненты и технологии. - 2012. - № 9. - С. 63-68.

12. Морозов, А. Г. Электротехника, электроника и импульсная техника / А. Г. Морозов. - Москва : Высшая школа, 1987. - 448 с.

13. Влияние вида механического нагружения на энергоэффективность пьезоэлектрических генераторов / В. А. Акопьян [и др.] // Нано- и микросистемная техника. - 2015. - № 2. - С. 33-44.

14. Zhao, S. Deterministic and band-limited stochastic energy harvesting from uniaxial excitation of a multilayer piezoelectric stack / S. Zhao, A. Erturk // Sensors and Actuators A : Physical. - 2014. - V. 214. - Pp. 58-65.


Для цитирования:


Соловьев А.Н., Ле В.З., Акопьян В.А., Рожков Е.В., Чебаненко В.А. Численное моделирование эксперимента по импульсному воздействию на пьезоэлектрический генератор стекового типа. Вестник Донского государственного технического университета. 2016;16(1):19-26. https://doi.org/10.12737/18132

For citation:


Solovyev A.N., Le V.D., Akopyan V.A., Rozhkov E.V., Chebanenko V.A. Numerical simulation of the experiment on pulsed excitation of stack type piezoelectric generator. Vestnik of Don State Technical University. 2016;16(1):19-26. (In Russ.) https://doi.org/10.12737/18132

Просмотров: 79


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1992-5980 (Print)
ISSN 1992-6006 (Online)