Piezoelektrik yamalar kullanılarak titreşen kirişlerden enerji hasatı ve yapısal değişiklikler ile performanslarının artırılması

Titreşimli yapılardan piezoelektrik enerji hasadı, bu hareketten faydalanılmaması durumunda boşa gidecek mekanik enerjinin kullanışlı elektrik enerjisine dönüştürülmesi için etkili bir yöntemdir. Ancak, elde edilen enerji düşük seviyelerdedir ve artırılması gerekmektedir. Bu çalışmada piezoelektrik enerji hasatçılarının performansının artırılması, geometri modifikasyonu ve mekanik enerji transferi olmak üzere iki ana bölümde incelenmiştir. İlk olarak, sabit ve değişken kesitli yapılardan enerji hasadı için analitik ve sonlu elemanlar yöntemleri verilmiş ve bu yöntemler, bazı literatür çalışmaları da dahil olmak üzere farklı örneklerle doğrulanmıştır. Daha sonra, enerji hasadını arttırmak için bu analitik metot kullanılarak değişken kesitli yapılar üzerinde bir parametrik çalışma yapılmıştır. Ardından, ökzetik geometrilerin hasat edilen güç üzerindeki etkinliği incelenmiş ve ökzetik olmayan yeni geometriler önerilmiştir. Ökzetik yapılardan elde edilen gücün, standart yapılara kıyasla çok yüksek olduğu görülmüştür; ancak elde edilen güçteki bu artış bazı durumlarda ökzetik olmayan basit dikdörtgen bir yapı kullanılarak da elde edilebilmiştir. Öte yandan, yeni önerilen yapılar tüm durumlarda standart yapılardan daha iyi performans sergilemiş ve çoğu durumda ökzetik geometriden de daha iyi performans göstermiştir. Son bölümde, kiriş ile piezoelektrik yama arasındaki mekanik enerji transferi araştırılmıştır. Piezoelektrik yamaya mekanik enerji transferini tahmin etmek için bir analitik denklem önerilmiş ve bu denklem, kirişin rijitliğinin piezoelektrik yamalarla eşleşecek şekilde uyarlanmasını içeren bir çalışma ile doğrulanmıştır. Son olarak, dondurarak döküm yöntemi, iyi piezoelektrik özelliklere sahip ve mekanik özellikleri kolayca ayarlanabilen piezokompozitler üretmek için bir yaklaşım olarak önerilmektedir. Bu, mekanik enerji transferi yoluyla, hasat edilen gücü maksimize etmek için kullanışlı bir yöntem olarak sunulmuştur.