Basit öğe kaydını göster

dc.contributor.advisorSümer, Bilsay
dc.contributor.authorÇetin, Hasan Göksenin
dc.date.accessioned2019-12-11T13:27:19Z
dc.date.issued2015-10-13
dc.date.submitted2015-09-30
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11655/16101
dc.description.abstractABSTRACT DESIGN AND FABRICATION OF A FLEXIBLE PIEZOELECTRIC ENERGY HARVESTING SYSTEM FOR BROADBAND AND LOW-FREQUENCY MECHANICAL VIBRATIONS Hasan Göksenin ÇETİN Master of Science, Department of Mechanical Engineering Supervisor: Asst. Prof. Dr. Bilsay SÜMER September 2015, 100 pages Nowadays, methods for generating electrical energy from alternative energy sources have become important for powering small electronic devices. Primary energy sources available in the environment can be listed as solar, thermal, wind, acoustic and mechanical energies. Mechanical vibrations are generally used as an energy source of such devices since they are practical, not dependent on weather conditions, have high safety and long shell life. Three principal mechanisms for transforming vibration energy into electrical energy can be listed as electromagnetic, electrostatic and piezoelectric transduction. Since piezoelectric materials have higher energy density capacities, no requirement for an external power source, producible in small sizes and are suitable for low frequency vibration applications, they are generally used in vibration based energy harvesting systems. Piezoelectric energy harvesting systems are widely produced by sandwiching an elastic layer between two rigid piezoelectric layers which is called a bimorph structure. Unlike prior efforts, this study presents a novel piezoelectric energy harvesting system where polymer pillars stand on a piezoelectric polymer backing layer. In this configuration, polymer pillars behave like a set of oscillators on the iv vibrating structure, which provide absorption of vibration energy and act as an energy sink. Then, the stored elastic energy is converted to electrical energy in the clamped boundary via stress concentration on the piezoelectric layer. Energy harvesting system designed in this study is very flexible, lightweight and has low-density, since only polymer material is used in the whole structure. In this thesis, an analytical and numerical modeling of the energy harvesting system is developed. Analytical model is investigated for a single degree of freedom system of a single pillar structure under free, harmonic and step base excitation vibrations. Besides this, piezoelectric material and viscoelastic damping models are also studied. Then, numerical modeling with finite element methods is performed to study the modal, harmonic and transient vibration analysis of the single and multiple pillar structures. Results from the vibration analyses of analytical and numerical models are also compared. The energy harvesting system is obtained for the single and multiple pillar structures using a combination of a soft molding and additive manufacturing techniques. Then, a special test setup is prepared in order to perform vibration tests of the energy harvesting system. Each structure is tested under different harmonic base excitation vibrations including frequency sweep, voltage and power measurement tests. Results are also compared with the numerical simulation results. In addition to these, a commercial energy harvesting system is also tested using the same test setup and results are compared with the energy harvesting systems designed in this thesis. Finally, energy harvesting systems designed in this study are also compared according to their power density, figure of merit, efficiency etc. Keywords: Mechanical vibrations, piezoelectric, energy harvesting, polymer pillartr_TR
dc.language.isoturtr_TR
dc.publisherFen Bilimleri Enstitüsütr_TR
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesstr_TR
dc.subjectMekanik titreşimlertr_TR
dc.subjectPiezoelektriktr_TR
dc.subjectEnerji harmanlamatr_TR
dc.subjectPolimer sütuntr_TR
dc.titleGeniş Bantlı ve Düşük Frekanslı Mekanik Titreşimler için Esnek Piezoelektrik Enerji Hasadı Sistemi Tasarımı ve Üretimitr_TR
dc.title.alternativeDesign And Fabrication Of A Flexible Piezoelectric Energy Harvesting System For Broadband And Low-Frequency Mechanical Vibrationstr_eng
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/masterThesistr_TR
dc.callno2015/2341
dc.description.ozetÖZET GENİŞ BANTLI VE DÜŞÜK FREKANSLI MEKANİK TİTREŞİMLER İÇİN ESNEK PİEZOELEKTRİK ENERJİ HASADI SİSTEMİ TASARIMI VE ÜRETİMİ Hasan Göksenin ÇETİN Yüksek Lisans, Makine Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Yrd. Doç. Dr. Bilsay SÜMER Eylül 2015, 100 sayfa Günümüzde küçük elektronik cihazların güç ihtiyacı için alternatif enerji kaynaklarından elektrik enerjisi üretim teknikleri önemli hale gelmiştir. Doğada bulunan başlıca enerji kaynakları güneş enerjisi, ısıl enerji, rüzgâr enerjisi, akustik gürültü ve mekanik titreşimler olarak sayılabilir. Mekanik titreşimler pratik olması, çevresel koşullara bağımlı olmaması, yüksek güvenirliliğe ve uzun raf ömrüne sahip olması sebebiyle küçük elektronik cihazların enerji kaynağı olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Titreşim enerjisinin elektrik enerjisine dönüşümünde kullanılan üç temel mekanizma elektromanyetik, elektrostatik ve piezoelektrik olarak sıralanmaktadır. Piezoelektrik malzemeler yüksek enerji yoğunluğu kapasitelerine sahip olması, harici bir güç kaynağına ihtiyaç duymaması, küçük boyutlarda üretilebilmesi ve düşük frekanslı titreşim uygulamalarına uygun olması sebebiyle titreşim tabanlı enerji hasadı sistemlerinde çoğunlukla tercih edilmektedir. 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 ii 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. Ayrıca, kurulan deney düzeneği kullanılarak literatürde var olan bir enerji hasadı sisteminin testleri de gerçekleştirilmiş ve test sonuçları tez kapsamında tasarlanan enerji hasadı sistemlerinin sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Sonunda, tasarlanan her bir sistemin güç yoğunluğu, performans katsayısı, verimi vb. özellikleri bakımından performansları karşılaştırılmıştır. Anahtar Kelimeler: Mekanik titreşimler, piezoelektrik, enerji harmanlama, polimer sütuntr_TR
dc.contributor.departmentMakine Mühendisliğitr_TR
dc.embargo.termsAcik erisimtr_TR
dc.embargo.lift2019-12-11T13:27:19Z
dc.fundingYoktr_TR


Bu öğenin dosyaları:

Bu öğe aşağıdaki koleksiyon(lar)da görünmektedir.

Basit öğe kaydını göster