• شماره ركورد
    34386
  • پديد آورنده

    فيروزه توكلي

  • عنوان
    مطالعه و بهينه‌سازي ساختار FGM با كاربرد برداشت انرژي در سامانه‌هاي ريلي
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي راه آهن
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1404/07/30
  • استاد راهنما
    دكتر داود يونسيان
  • استاد مشاور
    -
  • دانشكده
    راه آهن
  • چكيده
    با افزايش تقاضاي جهاني انرژي و ضرورت بهره‌گيري از منابع پايدار، برداشت انرژي از ارتعاشات مكانيكي در سامانه‌هاي حمل‌ونقل ريلي بعنوان يك راهكار نوين مورد توجه قرارگرفته‌است. اين ايده يكي از روش‌هاي نوين براي تأمين انرژي مورد نياز حسگرهاي خودتأمين، اينترنت اشيا (IOT) و ساير دستگاه‌هاي الكترونيكي در مقياس كوچك است كه در كاربردهايي نظير نگهداري هوشمند و پايش وضعيت از آن بهره مي‌گيرند. ازجمله مزاياي بهره‌برداري از ارتعاشات محيط عدم نياز به باتري‌هاي رايج با عمر محدود است كه نيازمند شارژ و تعويض مكرر هستند همچنين امكان استفاده از تجهيزات الكترونيكي در مناطق دورافتاده و خارج از دسترس را فراهم مي‌كند كه هم از نظر اقتصادي مقرون‌به‌صرفه است و هم سازگار با محيط‌زيست محسوب مي‌شود. در اين پژوهش، يك تير تيموشينكو با ساختار مدرج تابعي (FGM) طراحي و ساخته شد تا امكان تمركز ارتعاشات و برداشت انرژي الكتريكي فراهم گردد. براي اين منظور، ابتدا مدل‌سازي عددي در نرم‌افزارCOMSOL صورت گرفت و نتايج نشان داد كه استفاده از ناحيهFGM ، توان خروجي لايه پيزوالكتريك را 75/2 برابر افزايش مي‌دهد. سپس نمونه‌ي آزمايشگاهي تير با استفاده از پرينتر سه‌بعدي ساخته و در آزمايشگاه تحت ارتعاشات مكانيكي قرار گرفت كه همخواني قابل‌توجهي با شبيه‌سازي‌ها داشت. در ادامه، با افزودن يك لايه آگزتيك بر روي ناحيهFGM ، بازدهي سيستم به‌طور چشمگيري بهبود يافته و توان خروجي تا بيش از 13 برابر افزايش يافت. نتايج اين تحقيق نشان مي‌دهد كه تركيب ساختارهاي FGM و آگزتيك مي‌تواند چشم‌انداز تازه‌اي در زمينه توسعه برداشت‌كننده‌هاي انرژي ارتعاشي در سامانه‌هاي هوشمند ريلي فراهم آورد.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/10/15
  • عنوان به انگليسي
    A Study an‎d Optimization of FGM Structures for Energy Harvesting in Railway Systems
  • تاريخ بهره برداري
    1/17/2026 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    فيروزه توكلي

  • چكيده به لاتين
    With the growing global deman‎d for energy an‎d the necessity of utilizing sustainable resources, harvesting mechanical vibrations in railway systems has emerged as a promising approach. In this study, a Timoshenko beam with a functionally graded material (FGM) structure was designed an‎d optimized to enhance vibration localization an‎d energy harvesting performance. Numerical modeling was first conducted in COMSOL, an‎d the results indicated that the FGM region effectively concentrated vibrations, leading to nearly a twofold increase in the output voltage of the piezoelectric layer compared with a conventional beam. Subsequently, a prototype beam was fabricated using 3D printing an‎d tested under vibrational excitation, confirming the accuracy of the simulations. Finally, by attaching an auxetic layer to the FGM section, the system efficiency was significantly improved, an‎d the output voltage increased more than tenfold. The findings highlight that the integration of FGM an‎d auxetic structures offers a novel pathway for the development of vibration-based energy harvesters in railway applications an‎d smart infrastructures.
  • كليدواژه هاي فارسي
    برداشت انرژي , سامانه‌هاي ريلي , مواد مدرج تابعي(FGM) , پيزوالكتريك , ساختار آگزتيك
  • كليدواژه هاي لاتين
    Energy harvesting , Railway systems , Functionally graded materials (FGM) , Piezoelectric , Auxetic structures
  • Author
    firouzeh tavakkoli
  • SuperVisor
    Dr. davood younesian
    • لينک به اين مدرک
    https://dl.iust.ac.ir/dl/search/default.aspx?Term=34386&Field=0&DTC=6