ՀՀ ԳԱԱ Տեղեկագիր: Մեխանիկա =Proceedings of National Academy of Sciences of Armenia: Mechanics

DYNAMIC BIMORPH THERMO-PIEZOELECTRIC BENDERS WITH ARBITRARY SUPPORT LOCATION. PART I: APPLICATION TO ENERGY HARVESTING-ANALYTICAL DERIVATIONS

Bagdasaryan , Gevorg Y. and Hasanyan , Armanj D. and Hasanyan, Davresh J. (2016) DYNAMIC BIMORPH THERMO-PIEZOELECTRIC BENDERS WITH ARBITRARY SUPPORT LOCATION. PART I: APPLICATION TO ENERGY HARVESTING-ANALYTICAL DERIVATIONS. Mechanics. Proceedings of National Academy of Sciences of Armenia, 69 (1). pp. 25-38. ISSN 1829-3999

[img]
Preview
PDF - Requires a PDF viewer such as GSview, Xpdf or Adobe Acrobat Reader
359Kb

Abstract

A comprehensive theoretical analysis of a dynamic thermo-ferro-electric pre-stressed bimorph energy harvester is performed. The analysis also takes into account pyroelectric and thermal expansion effects. The most general analytical expression for the energy conversation coefficients are presented for bi-layer. These coefficients we derive for more general situation when mechanical, electrical, thermal fields are present. We derive coefficients (transformation coefficients) for sensing, actuating, and energy harvesting. As a particular case, we derive an analytical expression for the energy harvesting coefficient due to pyroelectric and thermal expansion effects in a rater general situation. This is a function of material properties, location of boundary conditions, vibration frequency, and in plane compressive/tensile follower force. Numerical simulations of the analytical results are presented. Effects of volume fraction, material properties, applied mechanical loads, and boundary conditions on the harvesting coefficients are introduced in the figures. The results for a cantilever and a simply-supported plate-layer are obtained as particular cases. The result for a low frequency (static) system is obtained as a particular case by approaching the vibration frequency to zero. It is shown that volume fraction, material properties, plain compressive/tensile follower force, the location of the boundary conditions, and the vibrational frequency of the bimorph strongly influence the strain distribution, and this in effect influences the charge coefficient and the generation of energy. The proposed model can be extended to thermal energy harvesters of piezoelectric-shape memory alloy (SMA) composites.

Item Type:Article
Additional Information:Багдасарян Г.Е., Асанян А.Д, Асанян Д.Д. Динамическая двухслойная термоупругая пластина с произвольно расположенными опорами. Часть I. Применение к накоплению энергии - аналитический вывод. Приведён подробный теоретический анализ динамического термо-пьезоэлектрического двухслойного накопителя энергии. Учтены пироэлектрические и температурные эффекты расширения. Получено общее аналитическое выражение для коэффициента энергетических преобразований в случае двухслойной пластинки, когда учитываются механические, электрические и температурные поля. В частном случае получено аналитическое выражение для коэффициента накопителя энергии, обусловленного пироэлектрическим и тепловым расширением. В качестве частных примеров приводятся результаты для консольной и шарнирно опёртой балок. Բաղդասարյան Գ.Ե., Հասանյան Ա.Դ., Հասանյան Դ.Ջ Կամայականորեն տեղակայված հենարաններով երկշերտ ջերմաառաձգական դինամիկական սալ: Մաս I: Էներգիայի կուտակում – տեսական հետազոտություն Կատարված է դինամիկ ջերմապիեզոէլեկտրական երկշերտ էներգիայի կուտակիչի մանրակրկիտ տեսական հետազոտություն: Հաշվի են առնված պիրոէլեկտրական և ջերմային էֆեկտները: Ստացված է էներգիայի կուտակիչի գործակցի անալիտիկ արտահայտությունը երկշերտ սալի դեպքում, երբ հաշվի են առնվում մեխանիկական, էլեկտրական և ջերմային դաշտերը: Մասնավոր դեպքում ստացված է էներգիայի կուտակիչի գործակցի անալիտիկ արտահայտությունը` պայմանավորված պիրոէլեկտրական և ջերմային ընդարձակմամբ: Որպես մասնավոր օրինակ բերված են արդյունքները կոնսոլային և հոդակապորեն ամրակցված հեծանների համար:
Uncontrolled Keywords:Thermo-electro-elastic effects, energy harvesting, resonant frequency, piezoceramic, pyroelectric effect термоэлектроупругий эффект, накопитель энергии, резонансная частота, пьезокерамика, пироэлектрический эффект Ջերմաէլեկտրաառաձգականություն, ռեզոնանսային հաճախություն, պիեզոկերամիկա, պիեզոէլեկտրիկ
Subjects:74 Mechanics of deformable solids > 74F Coupling of solid mechanics with other effects
ID Code:2146
Deposited By:Dr. Gnun Gevorgyan
Deposited On:05 Apr 2016 14:58
Last Modified:05 Apr 2016 14:58

Repository Staff Only: item control page