22203

برداشت انرژي ارتعاشي به كمك نانو ساختار ها با استفاده از تئوري هاي غير كلاسيك

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي - ارتعاشات و كنترل

1396-1399

1399/4/15

دكتر شاهرخ حسيني هاشمي

مكانيك

در پايان نامه حاضر براساس تئوري غيرمحلي عاري از پارادوكس، الاستيسيته دو فازي، ارتعاشات، كمانش و برداشت انرژي نانو تير پيزوالكتريك براي اولين بار مورد بررسي قرار گرفته‌است. با استفاده از فرم ديفرانسيلي قانون الاستيسيته دو فازي و اصل هميلتون، معادلات حاكم و شرايط مرزي به دست آمده‌است. راه‌حل دقيق و همچنين روش مربعادت ديفرانسيلي تعميم‌يافته (GDQM) براي استخراج نتايج ارائه شده‌است. همچنين از روش‌ گلركين براي محاسبه معادله حاكم متغير با زمان استفاده شده در ارتعاشات اجباري و نتايج برداشت انرژي استفاده شده‌است. با توجه به اين واقعيت كه الاستيسيته غيرمحلي نمي ‌تواند وابستگي اندازه را بر بار هاي يكنواخت را اعمال كنند، براي اولين بار، اثر اندازه بر بار پيزوالكتريك با استفاده از الاستيسيته دو فازي در نظر گرفته شده‌است. همچنين ارتعاشات اجباري و برداشت انرژي از يك تير يكسر گيردار كه يك مورد خوب براي برداشت انرژي است و نمي‌تواند به دقت توسط غيرمحلي ديفرانسيلي بررسي شود با استفاده از الاستيسيته دو فازي مورد بررسي قرار مي‌گيرند. براي اعتبار سنجي فرمول ‌بندي فعلي و روش ‌هاي ‌حل مطالعات مقايسه اي متعددي در اين زمينه انجام شده‌است. مقايسه بين الاستيسيته غيرمحلي و غيرمحلي دو فازي نشان مي‌دهد كه الاستيسيته غيرمحلي ديفرانسيلي براي به دست آوردن نتايج قابل‌اعتماد براي بررسي ارتعاشات و برداشت انرژي از مواد مبتني بر پيزو الكتريك ناكارامد است. بنابراين، براي مطالعه مواد پيزوالكتريك در مقياس نانو تئوري‌هاي ديگري از قبيل الاستيسيته غيرمحلي و محلي دو فازي در نظر گرفته مي‌شوند.

1399/04/22

On the local/nonlocal piezoelectric nanobeams: vibration, buckling, and energy harvesting

7/6/2021 12:00:00 AM

Based on the paradox-free nonlocal theory—two-phase local/nonlocal elasticity—vibration, buckling, and energy harvesting of piezoelectric nanobeams are investigated for the first time. By means of the differential form of two-phase elasticity and Hamilton's principle, governing equations and boundary conditions are obtained. Exact solution as well as Generalized Differential Quadrature Method (GDQM) are presented to extract results. Also, Galerkin methods is utilized to discretize the governing equation to produce time varying relations used to obtain forced vibration and energy harvesting results. Given the fact that the differential nonlocal elasticity is not able to apply size dependency on uniform loads, for the first time, size-dependent piezoelectric load, by means of two-phase elasticity, is taken into account. Also, force vibration and energy harvesting of a clamped free nanobeam, which is a really good case for harvesting energy and cannot be accurately studied by differential nonlocal, are investigated using two-phase elasticity. To validate the present formulation and solution procedures, several comparison studies are conducted. Comparison between the common differential nonlocal elasticity and two-phase theory reveals that the nonlocal elasticity is incompetent to yield reliable results for studying the vibration and energy harvesting of piezoelectric based materials. Therefore, to study piezoelectric materials in nanoscale, other theories such as twophase local/nonlocal elasticity should be used. This paper can be a useful basis to study the vibration, buckling, and the energy harvesting of nano piezoelectric devices, and also to design these devices.

: نانو تير پيزوالكتريك , ارتعاشات , برداشت انرژي , كمانش , حل دقيق و GDQM , ، الاستيسيته دو فازي

Piezoelectric nanobeams , local/nonlocal elasticity , Exact solution and GDQM