dc.contributor.advisor | Sümer, Bilsay | |
dc.contributor.author | Kızıltaş, Osman | |
dc.date.accessioned | 2023-06-05T13:32:37Z | |
dc.date.issued | 2023-02-01 | |
dc.date.submitted | 2023-01-09 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/33326 | |
dc.description.abstract | In military aircrafts, random vibration occurs with high amplitude in broad frequency
spectrum. High vibration profiles, which affecting electronic units, can cause fatigue over
time and damage mechanics and electronic cards. Therefore, electronic units are
integrated into aerial platforms via isolators to dampen vibration. The isolators
significantly dampen the vibration exposure and significantly increase the life of the
electronic units. Although they are mounted with isolators, it is of great importance to
carry out instant health monitoring in order to prevent loosening and mechanical
deformations that may cause vital problems.
The energy needs of all electronic devices used in our daily lives are provided through
various sources. Micro-electromechanical systems used in health monitoring and data
transfer need their own energy source because they are used in hard-to-reach areas. For
this reason, energy production methods from alternative sources are being investigated.
Piezoelectric materials, which have a high energy production capacity in narrow spaces
and can produce energy in a wide vibration frequency band without the need for another
electrical source, are one step ahead for energy harvesting.
Piezoelectric materials generate voltage through stresses caused by vibration on the
surface to which they are attached. The voltage occurs harmonically at the vibration
ii
frequency, positively and negatively charged. When the generated voltage is connected
to the circuit, it creates alternating current. After the energy is regulated, the
battery/capacitor can charge and power electronic devices. As a result, systems can
operate without the need for an additional energy source as long as there is vibration.
In this thesis, energy harvesting from the piezoelectric material placed on the curved
panels which are mounted on the isolators of the electronic unit subjected to military
helicopter vibration profile. Curved panels on which piezoelectric patches are attached
are mounted between the vibration source and the mass. Vibration acting on the isolator
affected the curved panel with a higher profile than the vibration profile applied with
phase difference and amplification. With the help of the natural frequencies of the curved
panel, the piezoelectric materials were exposed to higher vibrations and produced high
energy in a wider frequency band. Energy was produced by vibration, which is a
completely undesirable energy encountered greatly on aerial platforms.
Dummy mass was used as electronic unit and isolators was selected in line with the
determined mass. In the selection of mass and isolators, care has been taken to ensure that
the system is the only natural frequency in the frequency band of interest. Measurements
were made by giving white noise to the system and its behavior was examined and
verifications were carried out.
Piezoelectric materials were adhered to the curved panel as 3 different patches. Curved
panels and piezoelectric materials produced in the specified dimensions were driven by
harmonic vibration and energy was produced. A finite element model of the system was
created with the same dimensions with the help of Space Claim. The model was verified
by performing finite element analysis using by Ansys. In the analysis study, the width,
thickness and length of the piezoelectric patches were changed and the relative
acceleration data measured in the isolator verification study was applied and sensitivity
analysis was made. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Broadband Energy Harvesting | tr_TR |
dc.subject | Vibration Isolation | tr_TR |
dc.subject | Curved Panel Energy Harvesting | tr_TR |
dc.subject | Piezoelectric Analysis | tr_TR |
dc.subject.lcsh | Makina mühendisliği | tr_TR |
dc.title | Broadband and High Frequency Piezoelectric Energy Harvesting System With Curved Panels For Passive Vibration Isolator | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Askeri uçaklarda yüksek genlikte ve geniş frekans bandında titreşim meydana
gelmektedir. Elektronik birimlere etki eden yüksek titreşim profilleri zamanla
yorulmalara neden olarak mekanik ve elektronik kartlara zarar verebilmektedir. Bu
nedenle elektronik birimler titreşimi sönümlemek için izolatörler aracılığıyla hava
platformlarına entegre edilmektedir. İzolatörler, maruz kalınan titreşimi büyük oranda
sönümlerken birimlerin ömrünü kayda değer oranda artırmaktadır. İzolatörlerle monte
edilmelerine rağmen zamanla meydana gelebilecek gevşeme ve mekanik
deformasyonların hayati sorunlara neden olmasının önüne geçilebilmesi için anlık sağlık
takibinin yapılması büyük önem taşımaktadır.
Gündelik hayatımızda kullanılan tüm elektronik cihazlarda enerji ihtiyaçları çeşitli
kaynaklar aracılığıyla sağlanmaktadır. Sağlık takibi ve veri aktarımında kullanılan mikroelektromekanik sistemler ise ulaşılması zor alanlarda kullanılması sebebiyle kendi enerji
kaynağına ihtiyaç duymaktadır. Bu nedenle alternatif kaynaklardan enerji üretim
yöntemleri araştırılmaktadır. Dar alanlarda yüksek enerji üretim kapasitesine sahip, başka
elektrik kaynağına ihtiyaç duymadan geniş titreşim frekans bandında enerji üretimi
gerçekleştirebilen piezoelektrik malzemeler enerji hasatlama için bir adım öne
çıkmaktadır.
Piezoelektrik malzemeler yapıştırıldığı yüzeyde titreşim kaynaklı oluşan gerilmeler
aracılığıyla voltaj üretmektedir. Voltaj, pozitif ve negatif yüklü şekilde, titreşim
iv
frekansında, harmonik olarak meydana gelmektedir. Üretilen voltaj devreye
bağlandığında alternatif akım oluşturmaktadır. Enerji, regüle edilerek batarya/kapasitör
şarj edebilmekte ve elektronik cihazlara güç vermektedir. Sonuç olarak titreşim olduğu
sürece ek bir enerji kaynağına ihtiyaç duyulmadan sistemler çalışabilmektedir.
Bu tez çalışmasında, askeri uçaklara izolatörlerle bağlanan elektronik birimlerin
izolatörlerine yerleştirilen kavisli panele yapıştırılan piezoelektrik malzemeden enerji
hasatlanması simüle edilmiştir. Titreşim kaynağı ile kütle arasına, üzerine piezoelektrik
yamalar yapıştırılan kavisli paneller monte edilmiştir. İzolatöre etki eden titreşim, faz
farkı ve amplifikasyon ile uygulanan titreşim profilinden daha yüksek profil ile kavisli
panele etki etmiştir. Kavisli panelin doğal frekansları sayesinde piezoelektrik malzemeler
daha yüksek titreşimlere maruz kalmış ve daha geniş frekans bandında yüksek enerji
üretimi gerçekleştirmiştir. Hava platformlarda yoğun miktarda karşılaşılan tamamen
istenmeyen bir enerji olan titreşimden faydalanılarak enerji üretimi yapılmıştır.
Elektronik birim olarak kukla kütle kullanılmıştır ve belirlenen kütle doğrultusunda
izolatör seçimi yapılmıştır. Kütle ve izolatör seçiminde ilgilenilen frekans bandında
sistemin tek doğal frekansı olmasına özen gösterilmiştir. Sisteme beyaz gürültü verilerek
ölçümler yapılmıştır ve davranışları incelenmiş ve doğrulamalar gerçekleştirilmiştir.
Piezoelektrik malzemeler, kavisli panel üzerine 3 farklı yama olarak yapıştırılmıştır.
Belirlenen boyutlarda üretilen kavisli panel ve piezoelektrik malzemeler harmonik
titreşim ile tahrik edilerek enerji üretimi gerçekleştirilmiştir. Space Claim kullanılarak
aynı boyutlarda sistemin sonlu elemanlar modeli oluşturulmuştur. Ansys yardımıyla
sonlu elemanlar analizi yapılarak model doğrulanmıştır. Analiz çalışmasında
piezoelektrik yamaların genişlikleri, kalınlıkları ve uzunlukları değiştirilerek izolatör
doğrulama çalışmasında ölçülen bağıl ivme verileri uygulanarak optimizasyon
yapılmıştır. Yapılan her boyut değişikliği için her bir yamanın enerji çıktısı ve enerji
verimi değerlendirilmiş ve karşılaştırmalar yapılmıştır. | tr_TR |
dc.contributor.department | Makine Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2023-06-05T13:32:37Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |