Farklı tip negatif poisson oranına sahip (auxetıc) kirişlerin titreşim esaslı enerji hasadı performanslarının incelenmesi

Enerji hasadı, her geçen gün artan enerji ihtiyacı için alternatif bir enerji kazanım yöntemi olarak bilinmektedir. Enerji hasadı çalışmaları, küçük ölçekli sensör, aktivatör ve otonom araçların enerji ihtiyaçlarının karşılanması için son yıllarda yoğun olarak çalışılmaktadır. Enerji hasadını gerçekleştirmek farklı tip akıllı malzemeler ile sağlanmaktadır. Piezoelektrik malzemelerde enerji hasadı uygulamalarında kullanılan malzeme türlerinden birisidir. Kirişler üzerindeki yer değiştirme enerji hasat performansını doğrudan etkileyeceği bilinmektedir. Bu çalışma kapsamında enerji hasadını klasik kirişlere kıyasla arttırmak amacıyla auxetic yapıda yeni tip kirişler tasarlanmıştır. Bu kirişlerde auxetic davranış durumunun ortaya çıkabilmesi için yapısal değişiklikler yapılmıştır. Farklı geometriler ile oluşturulan negatif Poisson oranlı auxetic davranışlı kirişler ile düz kiriş yapısının yer değiştirmeleri karşılaştırılmıştır. Piezoelektrik malzemelerden enerji hasadı gerçekleştirilecek malzemenin bulunduğu bölgede şekil değiştirme ne kadar fazla olursa önerilen hasat yapısından o kadar fazla enerji elde edilir. Bu tez çalışmasında, iki aşamadan oluşan çalışmalar gerçekleştirilmiştir. İlk olarak bilgisayar destekli tasarım (CAD) ile modellenerek tasarlanan auxetic kirişlerin, sonlu elemanlar metodu (FEM) ile statik, modal ve harmonik analizleri yapılmıştır. Sonrasında, malzeme türü Al 6061 seçilerek tasarlanan tüm kirişler lazer kesim metodu ile üretilmiştir. Üretilen kirişlere, titreşim testi yapılarak ivme ölçerler ile tüm kirişlerin sahip olduğu doğal frekanslar elde edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen doğal frekanslar ile analiz sonuçları birbiriyle uyumlu çıkmıştır. Auxetic boşaltmalar kirişin katılığını azaltarak doğal frekanslarını düşürmüştür. Statik yük altında, tasarlanan auxetic kirişler daha fazla yer değiştirmeye sahip olarak enerji hasadı için uygundur. Kirişler doğal frekans bölgelerinde zorlanmaya maruz kaldıkları zaman enerji hasadı üretebilmek için piezoelektrik patchlerin yapıştırıldığı bölgelerin yer değiştirme miktarlarındaki artış auxetic kirişlerde düz kirişlere kıyasla ortalama %80 daha fazla olmuştur.