エネルギーハーヴェスティングのマルチフィジクス・マルチシステム強連成解法

能量收集的多物理场/多系统强耦合求解方法

基本信息

批准号：
19F19379
负责人：
石原大輔
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Kyushu Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-10-11 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19379/
关键词：
エネルギーハーベスティングマルチフィジクスマルチシステム連成解析階層的分解圧電バイモルフ FPED マルチフィジクス強連成マルチシステム強連成エネルギーハーヴェスティング圧電‐構造‐流体連成現象

项目摘要

圧電効果により，潮流の機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換するエネルギーハーヴェスティングでは，圧電，構造，流体の間のみならず，機械と電気のサブシステム間にも強連成が生じる．このようなマルチフィジクス・マルチシステム強連成現象の解析手法は見当たらず，共振などの基本的メカニズムでさえ詳細が明らかにされていない．そこで本研究では，申請者らが提案する階層的分解により，2現象間の強連成に対する有限要素解析や電気回路シミュレーションなどの多様な数値解法を統合したマルチフィジクス・マルチシステム強連成解析手法を開発し，エネルギーハーヴェスティングの高精度かつ効率的な解析を実現する．さらに本手法を用いて，モデルシステムにおける共振特性を解明し，新しいエネルギーハーヴェスティングシステムを探索する．研究実施計画に沿って，以下の研究成果を得た：Ⅲ．新しいエネルギーハーヴェスティングシステムの探索を行うことを目標に，以下の2つを実施して，提案するFPED‐電気回路強連成モデルにおいて，電力を最大化する特性パラメータの最適値を探索した：（a）本解法の分散並列計算…パラメトリックスタディにおける大規模計算のために，解法を分散並列化した．階層的分解で生じた粒度の大きい計算単位をネットワーク上に展開された計算ノードに分散し，個々の計算ノードにおいて，領域分割法による並列計算を行った．（b）本モデルシステムの共振解析…本手法による本モデルの詳細な解析により，FPEDと電気回路が強連成し，機械的共振と電気的共振が相互に影響を及ぼし合う現象を明らかにし，特性パラメータを同定した．さらに，（a）による大規模なパラメトリックスタディを行い，電力を最大化する特性パラメータの最適値を探索した．この結果，研究発表に示す研究成果を得た．

在能量收集中，由于压电效应，电流的机械能被转化为电能，不仅在压电，结构和流体之间，而且在机械和电气子系统之间也会发生强耦合。对于这种多物理学和多系统强耦合现象，没有分析方法，即使对于基本机制（例如共振），细节也没有得到阐明。因此，在这项研究中，我们将开发一种多物理学和多系统强耦合分析方法，该方法通过使用申请人提出的层次分解来整合各种数值解决方案，例如有限元分析和电路仿真，以在两个现象之间进行强耦合，并实现高精度和有效的能量分析。此外，该方法用于阐明模型系统的谐振特性并探索新的能源收集系统。根据研究实施计划获得以下研究结果：III。为了搜索新的能源收集系统，进行了以下两个，以搜索特征参数的最佳值，这些参数最大程度地提高了拟议的FPED电路中的功率，并强烈耦合模型：（a）该解决方案的分布式并行计算...在参数研究中，该解决方案的分布式分布了，该解决方案是在参数研究中平行计算的。由层次分解生成的大颗粒计算单元分布在网络上部署的计算节点之间，并使用区域除法方法对每个计算节点进行并行计算。（b）对该模型系统的共振分析...通过使用此方法，该模型的详细分析用于揭示FPED和电路强烈耦合的现象，并且机械和电气共振相互影响，并且鉴定了特征参数。此外，使用（a）进行了一项大规模参数研究，以搜索最大化功率的特征参数的最佳值。结果，我们获得了研究介绍中显示的研究结果。

项目成果

期刊论文数量（88）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Cycles of triply coupled mechanical contact, current, and thermal conduction phenomena during resistance spot welding

DOI：
10.1007/s40194-018-00699-5
发表时间：
2019-05-01
期刊：
WELDING IN THE WORLD
影响因子：
2.1
作者：
Horie, Tomoyoshi;Niho, Tomoya;Ishihara, Daisuke
通讯作者：
Ishihara, Daisuke

A Computational Study on the Fluid-Structure Interaction Mechanism in Insect Flapping Wings

昆虫扑翼流固耦合机理的计算研究

DOI：
10.32604/icces.2019.05888
发表时间：
2019
期刊：
Proceedings of The International Conference on Computational & Experimental Engineering and Sciences
影响因子：
0
作者：
二保知也;金城喜己;石原大輔;堀江知義;D. Ishihara
通讯作者：
D. Ishihara

電気機械システムの圧電ー逆圧電ー構造連成現象に対する分離反復型解法に関する研究

机电系统中压电-逆压电-结构相互作用现象的单独迭代解研究

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
相川昇壱;石原大輔;熊谷武尊;岩丸直樹;プラカシャラメゴウダ;大西南斗
通讯作者：
大西南斗

Computational control for strongly coupled Piezoelectric-Structure-Interaction

强耦合压电结构相互作用的计算控制

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
Proceedings of the 38th JSST Annual International Conference on Simulation Technology
影响因子：
0
作者：
Vinay Shankar;Daisuke Ishihara;Prakasha Chigahalli Ramegowda;Rei Takata;Tomoyoshi Horie
通讯作者：
Tomoyoshi Horie

Coupled solid piezoelectric and shell inverse-piezoelectric analysis using partitioned method for thin piezoelectric bimorph with metal layers

采用分区法对金属层薄压电双晶片进行固体压电和壳耦合逆压电分析