شماره ركورد
31193
پديد آورنده
عباس ايثاري
عنوان
بررسي ساختار سياهچاله صوتي (ABH) در جذب نويز، ارتعاشات و برداشت انرژي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي ماشينهاي ريلي
سال تحصيل
1403
تاريخ دفاع
1403/06/05
استاد راهنما
داوود يونسيان
استاد مشاور
نداشتم
دانشكده
راه اهن
چكيده
در اين تحقيق به بررسي ساختار سياهچاله صوتي )ABH )و كاربردهاي آن در برداشت انرر ي ميپرردازيم.
طي پيشرفت هاي سالهاي اخير فن آوريهاي برداشت انر ي در دستگاهها و سيستمهاي مدرن مختلف ادغرا
شدهاند. اين ساختار در سيستمهاي هوش مصنوعي(AI ، (اينترنت اشيا(IoT ، (و كاربردهاي مختلف اسرتداده
ميشوند. برداشت انر ي از ارتعاشات مكانيكي بهويژه براي كاربردهاي پايش وضعيت و حسگرهاي پوشر يدني
بسيار اميدواركننده است، اما در حال حاضر استداده از آن به طور قابلمالحظه بره دلير ل اينكره تروان خرو ر ي
اينگونه مبدلها كم است محدود شده است. پيش از اين، اكثر برداشتكنندههاي انر ي بهعنوان يك تشرديدگر
خطي طراحي ميشدند كه ميتواند حداكثر انر ي محيطي را در فركانسهاي تشديد خود مهار كند. با اين حال،
با تغيير فركانس زئي، عملكرد برداشتكنندههاي انر ي به شدت كاهش مييابد؛ بنابراين، پهناي باند باريك و
توان خرو ي كم برداشتكنندههاي انر ي همچنان يك چالش مهم است.
1 اين مطالعه به بررسي اثربخشي تركيب ساختارهاي اگزتيك و سياهچاله صوتي
)ABH )در توان خرو ي و
افزايش پهناي باند برداشت كنندههاي انر ي ارتعاشي ميپردازد. سياه چاله صوتي انر ي ارتعاشي را در مركز
خود متمركز ميكنند. افزودن يك اليه آگزتيك به ناحيه ABH باعث ميشرود كره تنشهرا (22 𝜎و 11 (𝜎بره
طور همزمان فعال شوند )به دليل نسبت پواسون مندي( و توان خرو ي برداشرت كننده افرزايش يابرد. يرك
برداشت كننده ساده ABH و چهار برداشت كننده ABH با ساختارهاي مختلف آگزتيك بهصرورت عرددي و
تجربي بررسي شدند تا اثرات افزودن يك ساختار آگزتيك به برداشرت كننده ABH مشرخش شرود. نتراي
نشان ميدهد كه افزودن يك ساختار آگزتيك به ناحيه ABH تروان خرو ري برداشرت كننده و پهنراي بانرد
ذب را افزايش ميدهد. نوع آگزتيك انتخابشده تريثير قابرلتو هي برر تروان خرو ري دارد. زمراني كره
ساختارهاي آگزتيك 1 ،2 ،3 و 4 استداده شدند، توان خرو ري بره ترتيرب 7.10 ،7.5 ،8.3 و 2.3 برابرر در
مقايسه با ABH ساده افزايش يافت. نتاي همچنين نشران داد كره عرالوه برر نسربت پواسرون سراختارهاي
آگزتيك، سطح تماس اين ساختارها با پيزوالكتريك نيز بر تروان خرو ري برداشرت كننده تريثير ميگرذارد.
هرچه سطح تماس بيشتر باشد، تيثير ساختارهاي آوكسيتيك بر توان خرو ي بيشتر خواهد بود. در اين پژوهش بدينگونه است كه در فصل اول به معرفي اهميت برداشت انر ي و روشهاي كره تابرهحال
ارائه شده پرداختيم. بعد از آن به بيان تاريخچه سياهچاله صوتي ميپردازيم و منشي پيردايش آنهرا را شررح
ميدهيم. سپس در انتها ساختار ABH را شرح و مزاياي آن در برداشت انر ي را نسبت به ديگر روشهاي
توضيح ميدهيم.
در فصل دو تئوري حاكم بر ساختار سياهچاله صوتي تيثير پارامترهراي گونراگون برر روي آنهرا را شررح
ميدهيم و همچنين در ادامه به موارد استداده شده و انواع گوناگون آن و مزاياي آنها در زمينره حملونقرل
ريلي نيز ميپردازيم. در ادامه اين فصرل نحروه برداشرت انرر ي از سرياهچاله صروتي برا اسرتداده از مبردل
پيزوالكتريك را شرح ميدهيم و همچنين اثر اضافهكردن سراختار اگزتيرك برر برداشرت كننده ارتعاشرات را
مورد بررسي قرار ميدهيم.
در فصل سو به مطالعه پارامتريك ساختار سياهچاله صوتي ميپردازيم، و هندسه و ساختار برداشت كننده
انر ي بهينه را ارائه ميدهيم. در اين فصل تكترك پارامترهراي كره در سراختار ABH تريثير ميگذارنرد را
موردمطالعه قرار ميدهيم و مطالعات را هت بهينهسازي ساختار ادامه ميدهيم. در نهايت نحوه بهينهسازي
را بسته به كاربرد موردنظر شرح داديم.
.سپس در فصل چهار براي بررسي كارايي طرح پيشنهادي، مدل تجربي ساختار پيشنهادي سراخته و نتراي
مدل شبيهسازي عددي را انجا ميدهيم و نتاي را با مدل تجربي مقايسه ميكنيم.
در آخر نيز به نتيجهگيري و پيشنهادهاي احتمالي ميپردازيم.
تاريخ ورود اطلاعات
1403/07/02
عنوان به انگليسي
Study and Optimization of Acoustic Black Hole Structure with Application in Energy Harvesting for Railway Systems
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
عباس ايثاري
چكيده به لاتين
This research investigates the structure of Acoustic Black Holes (ABH) and their applications
in energy harvesting. In recent years, advancements in energy harvesting technologies have
been integrated into various modern devices and systems. This structure is used in artificial
intelligence (AI) systems, the Internet of Things (IoT), and various applications. Energy
harvesting from mechanical vibrations is particularly promising for condition monitoring
applications and wearable sensors. However, its use is currently significantly limited due to
the low power output of such transducers. Previously, most energy harvesters were designed
as linear resonators capable of capturing maximum environmental energy at their resonance
frequencies. However, with slight frequency changes, the performance of energy harvesters
significantly decreases. Therefore, the narrow bandwidth and low power output of energy
harvesters remain significant challenges. In this study, the first chapter introduces the
importance of energy harvesting and the methods proposed so far. Afterwards, the history of
the Acoustic Black Hole (ABH) is discussed, and its origins are explained. Finally, the
structure of ABH is described, and its advantages in energy harvesting compared to other
methods are outlined. In the second chapter, the governing theory of the Acoustic Black Hole
structure and the influence of various parameters on them are explained. Additionally, this
chapter covers the different types and their advantages in rail transportation. Furthermore,
this chapter explains energy harvesting from the Acoustic Black Hole using piezoelectric
transducers and examines the effect of adding an exotic structure to vibration harvesters. The
third chapter involves a parametric study of the Acoustic Black Hole structure, presenting the
optimal geometry and structure for energy harvesters. In this chapter, each parameter
affecting the ABH structure is studied, and the research continues towards optimizing the
structure. Finally, the optimization method is described depending on the intended
application. In the fourth chapter, to evaluate the efficiency of the proposed design, an
experimental model of the proposed structure is constructed, and numerical simulation results
are performed. The results are then compared with the experimental model. Lastly, the
conclusion and potential suggestions are presented.
كليدواژه هاي فارسي
سياه چاله صوتي , برداشت كننده انرژي , اگزتيك
كليدواژه هاي لاتين
Acoustic black hole , Energy harvesting , Auxetic
Author
Abbas Isari
SuperVisor
Dr. Davood Younsian