Optimization of power output in smart composite panel integrated with piezoelectric patches

Abstract

Araştırma kapsamında, piezoelektrik yamalar ile entegre edilmiş kompozit paneller kullanılarak akıllı yapılardaki enerji üretimini keşfetmek için yenilikçi bir yaklaşım sunulmaktadır. Bu araştırma, simetrik olarak dengeli lamine kompozitlerin dinamikleri etrafında dönmekte ve Rayleigh-Ritz Yöntemi kullanılarak modal ve harmonik analiz yoluyla doğal frekans ve mod şekillerini incelemektedir. Piezoelektrik yamaların kinetik ve potansiyel enerji bileşenlerini yerel düzeyde hesaplamak için parçalı Heaviside fonksiyonları uygulanmıştır. Daha sonra, bu enerji bileşenleri ana kompozit plakanınkilerle birlikte hareket denklemlerine entegre edilmiştir. Piezoelektrik yamalar ile entegre edilmiş lamine kompozit malzemenin laminasyon parametreleri değiştirilirken zorlanmış titreşime maruz bırakılarak güç çıkışı optimize edilmiştir. Bulgular, laminasyon parametrelerinin güç çıkışı üzerindeki önemli etkisini vurgulamakta ve bunun değiştirilmesinin iyileştirmelere yol açabileceğini göstermektedir. Önerilen çerçeve, piezoelektrik yamalara sahip kompozit panellerin verimli tasarımı ve optimizasyonunda büyük bir potansiyele sahiptir ve enerji eldesinde fayda sağlar. Ayrıca, piezoelektrik elemanlar içeren diğer akıllı yapıların dinamiklerinin keşfedilmesine de olanak sağlamaktadır.This research introduces an innovative approach to explore energy generation in intelligent structures, employing composite panels integrated with piezoelectric patches. The investigation revolves around the dynamics of symmetry-balanced laminated composites, examining natural frequency and mode shapes through modal and harmonic analysis, utilizing the Rayleigh-Ritz Method. To compute the kinetic and potential energy components of the piezoelectric patches at a local level, piecewise Heaviside functions are applied. Subsequently, these energy components are integrated into the equations of motion alongside those of the host composite plate. By subjecting the laminated composite with piezoelectric patches to forced vibration while varying the lamination parameters, the power output is optimized. The findings highlight the significant influence of the lamination parameter on the power output, demonstrating that modifying it can lead to enhancements. The proposed framework holds great potential in the efficient design and optimization of composite panels with integrated piezoelectric patches, benefiting energy harvesting applications. Furthermore, it enables the exploration of the dynamics of other intelligent structures that incorporate piezoelectric elements.