بررسي عددي ساختارهاي استحصال انرژي پيزوالكتريك مورد استفاده در جاده ها با در نظر گرفتن آسيب خستگي

كارشناسي ارشد

زيرساخت‌هاي شهري مانند جاده‌ها به عنوان يك منبع مطلوب ارتعاشات، به يكي از منابع اصلي انرژي‌هاي نو تبديل شده‌اند. استحصال انرژي با استفاده از مواد پيزوالكتريك در ميان روش‌هاي استحصال انرژي از جاده‌ها يك روش كارآمد بوده كه تنش يا كرنش مكانيكي آسفالت را به انرژي الكتريكي قابل استفاده تبديل مي‌كند. چندين طراحي در متن معرفي شده است؛ اما موضوعي كه كمتر مورد توجه قرار گرفته است، روند طراحي است. در اين پايان نامه، يك روند طراحي با در نظر گرفتن حجم ثابتي از مواد پيزوالكتريك معرفي شده است. هدف، ماكزيمم كردن عملكرد هاروستر با در نظر گرفتن همزمان جنبه‌هاي الكتريكي و مكانيكي طراحي است. مواردي همچون توان خروجي، سطح تنش اعمالي بر ماده پيزوالكتريك، حد دوام و اثر كوپلينگ هاروستر با آسفالت در نظر گرفته شده است. به علاوه، تنزّل الكتريكي هاروستر هاروستر با ماده PZT-5A بررسي شده است. به عنوان يك بررسي موردي، مدل اجزاي محدود يك هاروستر پيزوالكتريك آماده شده و با داده‌هاي تجربي موجود صحه گذاري شده است. سپس يك بررسي پارامتريك به منظور ارتقاي مشخصه‌هاي الكتريكي و مكانيكي ساختار انجام شده است. در اين بررسي، پارامترهاي متعددي همچون جنس ماده پيزوالكتريك، سطح مقطع ديسك‌هاي پيزوالكتريك و نسبت ابعادي آنها در نظر گرفته شده است. شش سري شبيه سازي عددي با در نظر گرفتن سه ماده پيزوالكتريك (PZT-4، PZT-5A و PZT-5H)، و دو پروتوتايپ (شامل سه ديسك و چهار ديسك) انجام شده است. براي هر سري شبيه سازي، يك نقطه طراحي منتخب انتخاب شده است. سپس، از ميان اين نقاط، يك نقطه به عنوان طراحي منتخب كلي كه عملكرد كلي بهتري دارد، پيشنهاد مي‌شود. يك امكان سنجي به منظور مطالعه احتمال توليد انرژي الكتريكي از كارگذاري دو هاروستر منتخب با جنس PZT-5A در درون آسفالت با استفاده از داده‌هاي ترافيكي و جهت نشان دادن اثربخشي مباحث و نتايج اين پايان نامه صورت گرفته است. در انتها، ميزان افت توان الكتريكي (تنزل الكتريكي) هاروسترهاي منتخب با جنس PZT-5A پس از 10 سال براي حالت بارگذاري پيوسته سيكلي پيشنهاد شده است. روند طراحي معرفي شده در اين پايان‌نامه، اطلاعات خوبي در رابطه با هاروسترهاي بهبود يافته با در نظرگيري جنبه‌هاي متعدد عملكرد ساختار، و ملاحظات اقتصادي با در نظر گيري مقدار ماده پيزوالكتريك مورد استفاده در اختيار طراحان قرار مي‌دهد.

192009

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر حامد سعيدي گوگرچين

سازه و بدنه

دكتر مسعود دهمرده