­­­­دانشکده مهندسی

گروه مهندسی مکانیک

 

جلسه دفاع از رساله برای دریافت درجه دکتری تخصصی

 

عنوان:

بهینه سازی برداشت انرژی با استفاده از ارتعاشات غیرخطی ورق‌های هوشمند مگنتوالکتروالاستیک

ارائه‌دهنده:

حامد شرکائی

 

 

سه‌شنبه 20 آذر 1397

ساعت 14:30، آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

چکیده

در این رساله، برداشت انرژی ارتعاشی از یک ورق ساخته شده از مواد هوشمند تحلیل و بررسی می­شود. برداشت کننده­های پیزوالکتریک و پیزومغناطیس به ترتیب انرژی کرنشی را تبدیل به انرژی الکتریکی و  انرژی مغناطیسی می­کنند. مواد مگنتوالکتروالاستیک ترکیبی از پیزومغناطیس و پیزوالکتریک هستند و قادرند انرژی مکانیکی ناشی از کرنش را به صورت انرژی الکتریکی و انرژی مغناطیسی آزاد کنند. در این مطالعه ارتعاشات غیرخطی صفحه مستطیلی با توجه به تحریک هارمونیک بررسی شده و پارامتر‌های ورق به گونه‌ای بهینه می‌شوند که توان خروجی حداکثر مقدار ممکن شود. معادلات حرکت ورق با استفاده از روابط کرنش- جابجایی غیرخطی ون کارمن و معادلات تشکیل دهنده مواد مگنتوالکتروالاستیک ایجاد و با کمک تابع تنش ایری ساده سازی می‌شوند. دو معادله دیگر برای بخش‌های الکتریکی و مغناطیسی مسئله به دست آورده می‌شود. با توجه به معادلات ایجاد شده برای قسمت‌هاي الكتريكي و مغناطیسی، خازن و سلف معادل برای این مواد هوشمند به دست آمده و مدار معادلات این ورق هوشمند نیز به دست مي‌آيد. با توجه به غیرخطی بودن معادله مکانیکی، مجموعه معادلات به دست آمده با استفاده از روش مقیاس چندگانه حل می‌شوند. با توجه به حل مقیاس چندگانه این معادلات، روابطی تحلیلی برای ولتاژ الکتریکی ناشی شده از قسمت الکتریکی مسئله و جریان القاء شده ناشی شده از قسمت مغناطیسی مسئله استخراج می‌شود. سپس با استفاده از این روابط، توان خروجی سیستم در یک دوره تناوب خطی به دست آورده می‌شود. با استفاده از رابطه توان خروجی، مجموعه‌ای از پارامترهای سیستم با استفاده از الگوریتم ژنتیک به گونه‌ای بهینه می‌شوند که توان خروجی بیشینه شود.

 

Faculty of engineering

Mechanical department

 

Thesis submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy

in

Mechanics

 

Title:

Optimization of Energy Harvesting using Nonlinear Vibration of Smart Magnetoelectroelastic Plates

By:

Hamed Shorakaei

 

 

Tuesday, December 11, 2018

Faculty of Engineering Amphitheater, 14:30

 

Abstract

In this dissertation, the vibrational energy harvesting from a plate made by intelligent materials is investigated and analyzed. Piezoelectric and piezomagnetic harvesters convert the strain energy into electrical and magnetic energy, respectively. Magneto-electro-elastic materials are a combination of piezomagnetic and piezoelectric and can realize the mechanical energy of strain as electrical and magnetic energy. In this study, the nonlinear vibration of the rectangular plate is studied under the harmonic excitation and the parameters of the plate are optimized in such a way that the output power will be maximized. The motion equations of the plate are developed using nonlinear van Karman strain-displacement relations and the magneto-electro-elastic material constitutive equations, and simplified using the Airy stress function. Two other equations are made for the electrical and magnetic sections of the problem. According to the derived equations for electrical and magnetic parts of the harvester, equivalent capacitor and inducer, and also the equivalent electrical circuit of the harvester are obtained.  In the end, there are three coupling equations. Due to nonlinearity of the mechanical equation, the equations are solved by multi-scale method. Regarding to the multiple scales solution of these equations, analytical relations are extracted for the electric voltage from the electric section of the problem and for the induced current from the magnetic section of the problem. Then, using these relations, the output power of the system is obtained in a linear period of time. Using the output power relation, a set of system parameters are optimized using the genetic algorithm to maximize output power.

 

 

 

 

 

 

1)     مشخصات عمومی

نام: حامد

نام خانوادگی: شرکائی

تاریخ تولد: 1366

تلفن همراه: 09188163552

ایمیل:hamed.shorakaei@gmail.com

 

2)    تحصیلات

·       دیپلم ریاضی فیزیک با معدل 15.96

·       کارشناسی مهندسی مکانیک گرایش طراحی جامدات با معدل 16.51 دانشکده مکانیک دانشگاه آزاد اسلامی واحد خمینی شهر اصفهان

·       کارشناس ارشد مهندسی مکانیک گرایش مکاترونیک با معدل 18.13 دانشکده مهندسی فناوری های نوین دانشگاه تبریز و نمره پایان نامه 19.5

·       دکتری تخصصی مهندسی مکانیک گرایش دینامیک، کنترل، ارتعاشات دانشگاه بوعلی سینا همدان با معدل 16.89.

 

3)   پروژه

·       طراحی سینماتیک و سینتیک ربات چهار پا

·       طراحی و ساخت سیستم مکاترونیکی برای بررسی خواب آلودگی انسان با استفاده از الگوریتم های بینایی ماشین

·       تحقیق و بررسی عملکرد انواع ربات جراح داوینچی (Da Vinci surgical system)

·       طراحی مسیر بازوی مکانیکی متحرک با استفاده از الگوریتم ترکیبی کنترل بهینه و ژنتیک

·       طراحی مسیر برای هواپیما­های بدون سرنشین، توسط نقشه احتمال و الگوریتم ژنتیک.

·       طراحی موتور­های یک فن متحرک قابل کاربرد در نیروگاه­ها برای خنگ کاری

·       طراحی مکانیزم چهار میله­ای استفاده شده در سیستم خنک کننده نیروگاه

 

4)   تخصص

·       آشنایی با نرم افزارهای

1.      کتیا (CATIA)

2.      آباکوس (ABAQUS)

3.      MATLAB

4.      زبان برنامه نویسی C

5.      پروتئوس (Proteus)

·        آشنایی با الگوریتم های بینایی ماشین

·       میکرو کنترلر AVR

5)   تدریس

·       تدریس دروس:

o      دینامیک

o      هیدرولیک

o      انتقال حرارت

o      برنامه سازی کامپیوتر

o      مصالح مهندسی

o     طراحی به کمک کامپیوتر

 

6)    مقالات

 

آدرس اینترنتی مقالات به ترتیب