مقایسه عملکرد فرکانسی بهینه‌سازی شدۀ برداشت کننده‌های انرژی تک‌لایة مگنتو-الکترو-الاستیک و پیزوالکتریک با استفاده از الگوریتم بهینه‌سازی شاهین هریس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مکانیک، پردیس صنعتی شهدای هویزه، دانشگاه شهید چمران اهواز، دشت آزادگان، ایران

2 استادیار، گروه مکانیک، پردیس صنعتی شهدای هویزه دانشگاه شهید چمران اهواز، دشت آزادگان، ایران

چکیده

هدف در این مقاله، بهینه‌سازی و مقایسه پاسخ فرکانسی برداشت‌کننده‌های انرژی مگنت و-الکترو-الاستیک و پیزوالکتریک است.  به این منظور، از الگوریتم بهینه‌سازی جدید شاهین هریس استفاده شده است. پیکربندی برداشت‌کننده‌های تحلیل شده تک‌لایه هستند که شامل یک لایه همگن در زیر و یک لایه با خواص فعال الکتریکی (پیزوالکتریک) و الکترومغناطیسی (مگنتو-الکترو-الاستیک) در بالای آن است. متغیرهای بهینه‌سازی تک هدفه پاسخ فرکانسی ولتاژ و توان‌های الکتریکی برداشتی شامل فرکانس تحریک، پارامترهای هندسی و مدارهای الکتریکی متصل به الکترودها و سیم‌پیچ‌های خارجی اطراف لایه‌های فعال هستند. نتایج بهینه‌سازی در توابع هدف ولتاژ و توان‌های الکتریکی متفاوت به دست آمده‌اند که نقش تعیین کننده‌ای در طراحی بهینه عملکرد برداشت‌کننده‌ها دارند. به عنوان یک نتیجه‌گیری کلی نمایان شد که علی‌رغم اینکه برداشت‌کننده‌هایی پیزوالکتریک دارای بیشینه توان برداشتی بیشتری هستند؛ اما عملکرد برداشت‌کننده‌های مگنتو-الکترو-الاستیک در تولید بیشینه جریان تولیدی بسیار قابل توجه است که این ویژگی در راه‌اندازی تجهیزات الکترونیکی در مقیاس میکرو و نانو از اهمیت بسیاری برخوردار است.  

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Li Y, Yu H, Su B, Shang Y. Hybrid micropower source for wireless sensor network. IEEE Sensors Journal. 2008 May 23;8(6):678-81.
  • La Rosa R, Livreri P, Trigona C, Di Donato L, Sorbello G. Strategies and techniques for powering wireless sensor nodes through energy harvesting and wireless power transfer. Sensors. 2019 Jun 12;19(12):2660.
  • مامندی ا، یوسفی ش، بررسی بازدهی برداشت انرژی ارتعاشی تیر پیزوالکتریک با استفاده از روش اجزای محدود. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1400، د. 51، ش. 1، ص 209-218.
  • Singh J, Kaur R, Singh D. Energy harvesting in wireless sensor networks: A taxonomic survey. International Journal of Energy Research. 2021 Jan;45(1):118-40.
  • Wang Y, Wang H, Xuan J, Leung DY. Powering future body sensor network systems: A review of power sources. Biosensors and Bioelectronics. 2020 Oct 15;166:112410.
  • Meng W, Yang Y, Zhang R, Wu Z, Xiao X. Triboelectric-electromagnetic hybrid generator based self-powered flexible wireless sensing for food monitoring. Chemical Engineering Journal. 2023 Oct 1;473:145465.
  • Moore GE. Cramming more components onto integrated circuits. Proceedings of the IEEE. 1998 Jan;86(1):82-5.
  • Zadan M, Patel DK, Sabelhaus AP, Liao J, Wertz A, Yao L, Majidi C. Liquid crystal elastomer with integrated soft thermoelectrics for shape memory actuation and energy harvesting. Advanced Materials. 2022 Jun;34(23):2200857.
  • Kim HS, Kim JH, Kim J. A review of piezoelectric energy harvesting based on vibration. International journal of precision engineering and manufacturing. 2011 Dec;12:1129-41.
  • Alavi SE, Shirbani MM, Hassani AM. Analytical Investigation of the Effect of Temperature Difference Between Layers of Unimorph Piezoelectric Harvesters. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Mechanical Engineering. 2023 Apr 25:1-4.
  • Abdehvand MZ, Roknizadeh SA, Sedighi HM. Modeling and analysis of a coupled novel nonlinear magneto-electro-aeroelastic lumped model for a flutter based energy harvesting system. Physica Scripta. 2020 Dec 11;96(2):025213.
  • Moory Shirbani M, Shishehsaz M. Modeling of a novel magneto-electro-elastic energy harvesting system subjected to applied electric voltage with simultaneous use as an electrical actuator system. Iranian (Iranica) Journal of Energy & Environment. 2023 Apr 1;14(2):168-76.
  • Erturk A, Inman DJ. An experimentally validated bimorph cantilever model for piezoelectric energy harvesting from base excitations. Smart materials and structures. 2009 Jan 13;18(2):025009.
  • Sharma S, Kiran R, Azad P, Vaish R. A review of piezoelectric energy harvesting tiles: Available designs and future perspective. Energy Conversion and Management. 2022 Feb 15;254:115272.
  • Roundy S, Wright PK, Rabaey J. A study of low-level vibrations as a power source for wireless sensor nodes. Computer communications. 2003 Jul 1;26(11):1131-44.
  • Vinyas M. Computational analysis of smart magneto-electro-elastic materials and structures: review and classification. Archives of Computational Methods in Engineering. 2021 May;28(3):1205-48.
  • Shirbani MM, Shishesaz M, Sedighi HM, Hajnayeb A. Parametric modeling of a novel longitudinal vibration-based energy harvester using magneto-electro-elastic materials. Microsystem Technologies. 2017 Dec;23:5989-6004.
  • Shishesaz M, Shirbani MM, Sedighi HM, Hajnayeb A. Design and analytical modeling of magneto-electro-mechanical characteristics of a novel magneto-electro-elastic vibration-based energy harvesting system. Journal of Sound and Vibration. 2018 Jul 7;425:149-6
  • جعفری فشارکی ج، مدنی س ق، گلابی س، بررسی تاثیر پارامترهای موثر بر الگوی قرارگیری بهینه عملگرهای پیزوالکتریک در کاهش تمرکز تنش با استفاده از الگوریتم پرندگان. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1398، د. 49، ش. 1، ص 63-
  • مرامی میلانی س، خوشبختی سرای ر، نجفی م، تحلیل ترمواقتصادی و بهینه‌سازی چندهدفه چرخه‌های بازیافت تلفات حرارتی یک موتور ژنراتور گازسوز. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1400، د. 51، ش. 3، ص 211-220
  • Heidari AA, Mirjalili S, Faris H, Aljarah I, Mafarja M, Chen H. Harris hawks optimization: Algorithm and applications. Future generation computer systems. 2019 Aug 1;97:849-72.
  • Alavi SE, Shirbani MM, Tondro MK. Optimization of gasket-plate heat exchanger based on entransy principles using new method of Harris Hawks. Multiscale and Multidisciplinary Modeling, Experiments and Design. 2023 Jul 5:1-4.
  • Dhawale D, Kamboj VK, Anand P. Optimum generation scheduling incorporating wind energy using HHO–IGWO algorithm. Journal of Electrical Systems and Information Technology. 2023 Dec;10(1):1-21.
  • Shirbani MM, Alavi SE. Multi-Objective Optimization and Performance Analysis of Bimorph Magneto-Electro-Elastic Energy Harvesters. Facta Universitatis, Series: Mechanical Engineering. 2024 Jan 14.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار