Geniş bantlı ve düşük frekanslı mekanik titreşimler için esnek piezoelektrik enerji hasadı sistemi tasarımı ve üretimi
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2015
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: HASAN GÖKSENİN ÇETİN
Danışman: Bilsay Sümer
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Piezoelektrik enerji hasadı sistemleri genelde bir elastik katmanın iki adet piezoelektrik katman arasına sıkıştırılması ile iki örtülü kiriş yapısında üretilmektedir. Bu çalışmada, önceki çalışmalardan farklı olarak bir piezoelektrik polimer alt katman üzerine yerleştirilen polimer sütunlar vasıtasıyla enerjinin hasat edilmesi amaçlanmıştır. Bu konfigürasyonda, sütunlar titreşen ana yapı üzerinde çoklu osilatörler gibi hareket etmektedir ve titreşim enerjisinin ana yapıdan emilmesini sağlamaktadır. Daha sonra sütunlarda depolanan elastik enerji, piezoelektrik alt katman üzerinde oluşan gerilme yığılmaları vasıtasıyla elektrik enerjisine dönüştürülmektedir. Tasarlanan yapının çoğunluğunda polimer malzeme kullanılması, enerji hasadı sisteminin esnek, hafif ve düşük yoğunluklu özelliğe sahip olmasını sağlamaktadır. Bu tez kapsamında, enerji hasadı sisteminin analitik ve nümerik modellemesi gerçekleştirilmiştir. Analitik model, tek sütunlu yapının tek serbestlik dereceli modeli için serbest, harmonik ve adım tahrik titreşimleri altında incelenmiştir. Ayrıca piezoelektrik malzeme ve viskoelastik sönümleme modelleri üzerinde çalışılmıştır. Nümerik model ise, sonlu elemanlar metodu kullanılarak tek ve çok sütunlu enerji hasadı sistemlerinin modal, harmonik ve geçiş titreşim analizleri üzerinde çalışılması amacıyla geliştirilmiştir. Analitik model ve nümerik model kullanılarak elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Tasarlanan enerji hasadı sistemi birçok farklı konfigürasyonda (tek ve çok sütunlu yapılar) farklı üretim teknikleri kullanılarak üretilmiştir. Sonrasında enerji hasadı sistemlerinin titreşim testlerinin gerçekleştirilmesi için özel bir test düzeneği kurulmuştur. Tasarlanan her bir yapının farklı harmonik taban tahrik titreşimleri altında, frekans taraması, voltaj ve güç ölçüm deneyleri gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar nümerik sonuçlar ile karşılaştırılmıştır.