برداشت انرژی از ارتعاشات پل تحت عبور جرم

برداشت انرژی بر پایه ی مواد پیزوالکتریک یک راه کارآمد برای تبدیل انرژی ارتعاشات محیط به انرژی الکتریکی قابل استفاده است. برداشت کننده ی انرژی پیزوالکتریک می تواند به عنوان یک منبع توان پایدار و سبز برای انواع وسایل الکتریکی مانند حس گر ها و وسایل پزشکی جاسازی شده در بدن انسان کار کند. هرچند، کاربرد آن در شالوده های عمرانی هنوز به صورت کامل موردمطالعه قرار نگرفته است. هدف این پایان نامه مطالعه و بهبود برداشت کننده ی انرژی پیزوالکتریک از شالوده های عمرانی، به خصوص از سازه ی پل ها است. برای رسیدن به هدف، ابتدا یک مدل دقیق برای تیر های مرکب پیزوالکتریک که امکان گسترش دادن به مدل-سازی انواع مختلف برداشت کننده های انرژی را دارد، ساخته شد. سیستم برداشت کننده شامل یک تیر یک سر گیردار به همراه وصله-ی پیزوالکتریک است. یک مدل الکترومکانیکی مودال بر اساس فرض تیر اویلر- برنولی به کار گرفته شد. مدل ساخته شده هم اثر مستقیم و هم اثر معکوس پیزوالکتریک را در برمی گیرد و می تواند پیش بینی بهتری از پاسخ دینامیکی و انرژی خروجی یک برداشت کننده داشته باشد. به منظور اعتبار سنجی مدل، برداشت کننده به صورت عملی ساخته و یک سری آزمایش تحلیل مودال روی آن انجام شد. در گام بعد، صورت بندی مربوط به مساله ی عبور جرم متحرک از روی تیر اویلر- برنولی به عنوان سازه ی مادر برای برداشت انرژی با در نظر گرفتن اثرات نیروهای اینرسی، کوریولیس، گریز از مرکز و نیروی ناشی از شتاب جرم متحرک با روش نیوتن به دست آمد. در ادامه این معادلات برای عبور یک تیر الاستیک توسعه یافت. به منظور صحت سنجی معادلات به دست آمده، نتایج آزمایش عملی انجام شده در مقیاس کوچک از کار های پیشین با نتایج حاصل از حل عددی معادلات مقایسه گردید. در پایان، برداشت انرژی از سازه ی یک پل مشخص تحت عبور جرم متمرکز و گسترده با سرعت های مختلف توسط برداشت کننده ی پیزوالکتریک به صورت تئوری و تجربی موردمطالعه قرار گرفت. به علاوه، پاسخ سیستم برداشت کننده به ورودی های تصادفی با دامنه ی کم و فرکانس کم که در محیط اطراف و به خصوص سازه های عمرانی معمول است به دست آمد.