33212

شبيه سازي برداشت انرژي از يك سيستم دوار با مدل روتور جفكات

كارشناسي ارشد

مهندسي مكانيك - طراحي كاربردي - ارتعاشات و كنترل

1401

1403/12/15

دكتر روح الله طالبي توتي

-

مهندسي مكانيك

سيستم‌هاي چرخشي اجزاي اساسي در بسياري از ماشين‌هاي مكانيكي و صنعتي هستند كه نقش حياتي در تبديل انرژي و دستيابي به حركت چرخشي دارند. در ميان مدل‌هاي بنيادي مورد استفاده براي درك ديناميك اين سيستم‌ها، سيستم روتور جفكات به عنوان يك مدل رياضي ايده‌آل براي مطالعه اثرات ارتعاشات و عدم تعادل ديناميكي در سيستم‌هاي دوار برجسته است. اين مدل يك پايه محكم براي تجزيه و تحليل عملكرد سيستم هاي دوار در هنگام مواجهه با چالش هايي مانند فركانس هاي بحراني و اختلالات ساختاري فراهم مي كند. مدل روتور جفكات بر تجزيه و تحليل اثرات ارتعاشات، تعادل ديناميكي و عدم تعادل جرم تمركز دارد كه به طور مستقيم بر عملكرد و پايداري سيستم هاي دوار تأثير مي گذارد. در سال‌هاي اخير، برداشت انرژي از ارتعاشات به‌عنوان يك حوزه تحقيقاتي اميدواركننده، به‌ويژه در كاربردهايي با هدف افزايش بهره‌وري انرژي پديدار شده است. در ميان تكنيك‌هاي مورد استفاده براي رسيدن به اين هدف، مواد پيزوالكتريك با توانايي منحصربه‌فردشان در تبديل انرژي مكانيكي توليد شده از ارتعاشات به انرژي الكتريكي قابل استفاده متمايز مي‌شوند. تركيب سيستم روتور جفكات با مواد پيزوالكتريك فرصتي نوآورانه براي مطالعه مكانيسم‌هاي برداشت انرژي از سيستم‌هاي چرخشي پويا فراهم مي‌كند و راه را براي كاربردهاي عملي جديد در زمينه‌هايي مانند خود تغذيه ياتاقان ژورنال هيدرواستاتيك الكترورئولوژيكي براي كنترل ارتعاش روتور، پايداري، سيستم‌هاي مانيتورينگ كم‌توان، هموار مي‌كند. هدف اصلي اين مطالعه برداشت انرژي از يك سيستم دوار مدل‌سازي شده با استفاده از روتور جفكات و بررسي پارامترهاي موثر بر مقدار و محدوده فركانس حداكثر انرژي برداشت‌شده است، براي دستيابي به اين هدف، مدل روتور جفكات با انواع مختلف ساپورت‌ها با استفاده از نرم‌افزار COMSOL شبيه‌سازي شده است. پس از برقراري يك مدار الكتريكي ) برداشت انرژي پيزوالكتريك ) در تكيه گاه ها و اعمال عدم تعادل جرم بر روي ديسك دوار، آناليز گذرا روتور انجام مي شود. پس از آن، اثرات پارامترهايي مانند فاصله بين ديسك و تكيه گاه، ميزان عدم تعادل جرم، شعاع قرارگيري عدم تعادل جرم و سرعت چرخش روتور بر انرژي برداشت شده مورد تجزيه و تحليل قرار مي‌گيرد.

1404/01/17

Simulation of Energy Harvesting From a Rotating System With Jeffcott Rotor Model

3/5/2026 12:00:00 AM

Rotational systems are fundamental components in many mechanical and industrial machines, playing a vital role in energy conversion and achieving rotational motion. Among the fundamental models used to understand the dynamics of these systems, the Jeffcott Rotor System stands out as an ideal mathematical model for studying the effects of vibrations and dynamic imbalances in rotating systems. This model provides a solid foundation for analyzing the performance of rotating systems when faced with challenges such as critical frequencies and structural disturbances. The Jeffcott rotor model focuses on analyzing the effects of vibrations, dynamic balancing, and mass imbalance, which directly impact the performance and stability of rotating systems. In recent years, energy harvesting from vibrations has emerged as a promising research area, particularly in applications aiming to enhance energy efficiency. Among the techniques employed to achieve this, piezoelectric materials are distinguished by their unique ability to convert mechanical energy generated from vibrations into usable electrical energy. Combining the Jeffcott Rotor System with piezoelectric materials presents an innovative opportunity to study the mechanisms of energy harvesting from dynamic rotational systems, paving the way for new practical applications in fields such as self-powered of the electrorheological hydrostatic journal bearing for controlling rotor vibration, sustainability, self-powered monitoring systems, and low-power devices. The main objective of this study is harvest energy from a rotating system modeled using the Jeffcott rotor and investigate the parameters influencing the amount and frequency range of maximum harvested energy, To achieve this, the Jeffcott rotor model is simulated with different types of supports using the COMSOL software. After establishing an electrical circuit ) piezoelectric energy harvesting ) in the supports and applying a mass imbalance on the rotating disk, the transient analysis of the rotor is conducted. Subsequently, the effects of parameters such as the distance between the disk and the support, the amount of mass imbalance, the radius of the mass imbalance placement, and the rotational speed of the rotor on the harvested energy are analyzed.

سيستم دوار / برداشت انرژي / مدل روتور جفكات/ پيزوالكتريك

Rotational system / Energy harvesting / Jeffcott Rotor System

amjed mahdi bahiya

Roohollah Talebitooti