Farklı tip negatif poisson oranına sahip (auxetıc) kirişlerin titreşim esaslı enerji hasadı performanslarının incelenmesi
Investigation of vibration based energy harvest performances of auxetic beams with different types of negative poisson ratio (auxetic)
Yazar: AFİYE SUGEÇ
Danışman: DOÇ. DR. FEVZİ ÇAKMAK BOLAT
Bolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Auxetic malzemeler = Auxetic materials ; Enerji hasadı = Energy harvest ; Operasyonel modal analiz = Operational modal analysis ; Poisson dağılımı = Poisson distribution

Özet:
Enerji hasadı, her geçen gün artan enerji ihtiyacı için alternatif bir enerji kazanım yöntemi olarak bilinmektedir. Enerji hasadı çalışmaları, küçük ölçekli sensör, aktivatör ve otonom araçların enerji ihtiyaçlarının karşılanması için son yıllarda yoğun olarak çalışılmaktadır. Enerji hasadını gerçekleştirmek farklı tip akıllı malzemeler ile sağlanmaktadır. Piezoelektrik malzemelerde enerji hasadı uygulamalarında kullanılan malzeme türlerinden birisidir. Kirişler üzerindeki yer değiştirme enerji hasat performansını doğrudan etkileyeceği bilinmektedir. Bu çalışma kapsamında enerji hasadını klasik kirişlere kıyasla arttırmak amacıyla auxetic yapıda yeni tip kirişler tasarlanmıştır. Bu kirişlerde auxetic davranış durumunun ortaya çıkabilmesi için yapısal değişiklikler yapılmıştır. Farklı geometriler ile oluşturulan negatif Poisson oranlı auxetic davranışlı kirişler ile düz kiriş yapısının yer değiştirmeleri karşılaştırılmıştır. Piezoelektrik malzemelerden enerji hasadı gerçekleştirilecek malzemenin bulunduğu bölgede şekil değiştirme ne kadar fazla olursa önerilen hasat yapısından o kadar fazla enerji elde edilir.
Bu tez çalışmasında, iki aşamadan oluşan çalışmalar gerçekleştirilmiştir. İlk olarak bilgisayar destekli tasarım (CAD) ile modellenerek tasarlanan auxetic kirişlerin, sonlu elemanlar metodu (FEM) ile statik, modal ve harmonik analizleri yapılmıştır. Sonrasında, malzeme türü Al 6061 seçilerek tasarlanan tüm kirişler lazer kesim metodu ile üretilmiştir. Üretilen kirişlere, titreşim testi yapılarak ivme ölçerler ile tüm kirişlerin sahip olduğu doğal frekanslar elde edilmiştir. Deneysel olarak elde edilen doğal frekanslar ile analiz sonuçları birbiriyle uyumlu çıkmıştır. Auxetic boşaltmalar kirişin katılığını azaltarak doğal frekanslarını düşürmüştür. Statik yük altında, tasarlanan auxetic kirişler daha fazla yer değiştirmeye sahip olarak enerji hasadı için uygundur. Kirişler doğal frekans bölgelerinde zorlanmaya maruz kaldıkları zaman enerji hasadı üretebilmek için piezoelektrik patchlerin yapıştırıldığı bölgelerin yer değiştirme miktarlarındaki artış auxetic kirişlerde düz kirişlere kıyasla ortalama %80 daha fazla olmuştur.

Abstract:
Energy harvesting is known as an alternative energy recovery method for the ever-increasing energy need. Energy harvesting studies have been intensively studied in recent years to meet the energy needs of small-scale sensors, activators and autonomous vehicles. Energy harvesting is achieved with different types of smart materials. It is one of the material types used in energy harvesting applications in piezoelectric materials. It is known that the displacement on the beams will directly affect the energy harvesting performance. Within the scope of this study, new type beams in auxetic structure were designed in order to increase the energy harvest compared to conventional beams. Structural changes were made in these beams to reveal the auxetic behavior. The displacements of the straight beam structure and the negative Poisson ratio auxetic behavior beams created with different geometries were compared. The greater the deformation in the region of the material to be harvested from piezoelectric materials, the more energy is obtained from the proposed harvesting structure.
These theses were carried out in two stages. Firstly, modal analyzes of auxiliary trainings were made with the latest method FEM methods, by modeling them with trained designs (CAD). All types were prepared by laser cutting method by choosing the next material Al 6061. The nails were obtained from the frequencies of all beams with accelerometers from the tests used. It is analyzed with the standard frequencies obtained experimentally and explained with examples. Auxetic discharges have lowered their natural frequency, reducing the stiffness of the projectile. Under static load, auxetic beams have greater displacement, making them suitable for energy harvesting. The beams can be automatically evaluated, made harder and produced, with an average of 80% more than the scores in the greater number of auxetic marks in the displacements of the regions where the piezoelectric patches are attached for energy harvesting.