롤러형 압전 에너지 하베스팅 시스템 설계 최적화 (Design Optimization of Piezoelectric Energy Harvesting System of Roller-type)

서지정보

· 발행기관 : 대한기계학회
· 수록지 정보 : 기술과 교육 / 11권 / 2호 / 95 ~ 108페이지
· 저자명 : 최민혁, 이현승, 김시후, 방진홍, 임기훈, 도재혁

초록

본 연구에서는 컨베이어 롤러에 적용하기 위해 롤러형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 최적화하여 전압을 최대화하고 충돌하중에 의한 응력을 최소화하였다. 이를 위해 시험 전압 데이터를 기반으로 압전 전압 방정식과 유한요소모델을 보정하였다. 성능지수를 얻기 위해 중심합성계획을 사용하였으며, 이를 바탕으로 반응표면법을 사용하여 대리모델을 생성하였다. 반력 대리모델은 오일러-베르누이 보 이론식과 압전 전압 방정식으로 대체된다. 다중목적 최적화는 비지배 분류 유전자 알고리즘을 사용하여 수행하였다. 그 결과 중량 제한함수를 만족하였고, 전압 목적함수는 7.413% 증가하였으며, 시험적으로는 13.06% 증가하였다. 응력 목적함수는 17.31% 증가하였지만, 이 설계는 파괴응력(251.9 MPa)보다 적은 164.2 MPa이 발생하였기 때문에 최적의 설계로 판단하였다.

영어초록

In this study, to apply to the conveyor roller, the piezoelectric energy harvesting system of roller-type was optimized to achieve the maximized voltage and minimized stress by clash loading. For this work, the piezoelectric voltage equation and finite element model were calibrated based on experimental voltage data. The central composite design was employed to obtain the performance factors, and based on this, surrogate models were generated using the response surface method. The surrogate model of reaction force is substituted into the Euler-Bernoulli beam and piezoelectric voltage equation. Multi-objective optimization was conducted by non-dominated sorting genetic algorithm II. As a result, the constraint function of weight was satisfied, and the objective functions of voltage was increased by 7.413%, experimentally increased by 13.06%. Although the objective function of stress was increased by 17.31%, we considered it the optimal design because this design generated 164 MPa, less than the failure stress (251.86 MPa).

참고자료

· 없음