자동차용 축방향 FGM 빔 에너지 하베스팅

본 연구는 다양한 기하학적 형상을 가진 축방향 기능경사재료(FGM) 빔 구조의 에너지 하베스팅 특성을 광범위하게 수치 해석했습니다. 축방향 FGM은 길이 방향으로 재료 특성을 최적화하여 에너지 변환 효율을 높일 수 있어 에너지 하베스팅 분야에서 탁월한 이점을 제공합니다. 본 연구는 유한요소법(FEM)을 활용하여 다양한 빔 형상을 비교하고 동적 하중 조건에서 분석했습니다. 해석에는 길이 방향을 따라 균일, 선형, 포물선형의 세 가지 기하학적 형상이 사용되었습니다. 각 형상의 FGM 빔 고정단 근처에는 압전층이 배치되어 에너지 하베스팅 시스템으로 기능합니다. 빔의 재료 특성은 그레이딩 프로파일을 정의하는 분포 함수를 따릅니다. MATLAB 플랫폼을 사용하여 다양한 여기 조건에서 전력 생성, 전압 출력, 고유 진동수와 같은 핵심 성능 매개변수를 도출했습니다. 폭 및 높이 테이퍼 비율을 모두 고려하여 전체 성능에 미치는 영향을 분석했습니다. 수치 해석 결과는 자율 마이크로 전기 기계 시스템, 구조 건전성 모니터링, 무선 센서 네트워크에 활용될 에너지 하베스팅 장치 설계에 귀중한 통찰력을 제공합니다. 특히 포물선형 빔은 균일 빔에 비해 약 115% 더 높은 전압 응답을 보여, 전기 기계적 성능이 크게 향상되었음을 입증했습니다.