view in publisher's site

Nonlinear analysis of unimorph and bimorph piezoelectric energy harvesters with flexoelectricity

This work investigates the nonlinear behaviors of nanoscale unimorph and bimorph piezoelectric energy harvesters under harmonic base excitations. In the modeling, the energy harvesters are based on cantilevered beams with tip mass, and the effects of geometric nonlinearity, inertial nonlinearity and flexoelectricity are considered. Based on the Hamilton’s principle and the theory of flexoelectricity, the nonlinear coupled governing equations of the system are derived. Galerkin’s method is employed to discrete the nonlinear equations, which are then numerically solved. Results indicate that geometric nonlinearity leads to a typical hardening nonlinear behavior of the frequency response curve while inertial nonlinearity leads to a softening behavior in contrast. In addition, influences of the tip mass and amplitude of the base acceleration on the harvesters’ electrical outputs are examined. By comparing lead zirconate titanate (e.g. PZT-5H) and polyvinylidene difluoride (i.e. PVDF) as the material for piezoelectric layers, it is found that the performance enhancement of PVDF energy harvester due to flexoelectricity is more prominent. It is also interesting to observe the flexoelectricity-induced size-dependent voltages. This work compares the performance of energy harvesters with various structures and materials, which will provide guidance for the design and optimization of piezoelectric energy harvesters utilizing flexoelectricity.

تحلیل غیر خطی دروگر انرژی پیزو الکتریک تک کورف و دو کورف با فلکسوالکتریسیته

این کار به بررسی رفتارهای غیر خطی دروگر انرژی پیزو الکتریک در مقیاس نانو و نانو تحت تحریک‌های پایه هارمونیک می‌پردازد. در مدل‌سازی، دروگر انرژی براساس تیره‌ای معلق با جرم نوک می‌باشد و اثرات غیر خطی بودن هندسی، غیر خطی بودن اینرسی و خمشی در نظر گرفته شده‌است. براساس اصل همیلتون و نظریه گشتاور خمشی، معادلات غیر خطی کوپل شده حاکم بر سیستم به دست آمده‌اند. روش گالرکین برای گسسته کردن معادلات غیر خطی به کار گرفته می‌شود که سپس به صورت عددی حل می‌شوند. نتایج نشان می‌دهند که غیر خطی بودن هندسی منجر به رفتار غیر خطی سختی نمونه در منحنی پاسخ فرکانس می‌شود در حالی که غیر خطی بودن اینرسی منجر به رفتار نرم شدگی در مقابل می‌شود. علاوه بر این، تاثیر جرم نوک و دامنه شتاب پایه بر خروجی‌های الکتریکی دروگر مورد بررسی قرار گرفته‌است. با مقایسه زیرکونات تیتانات سرب (برای مثال PZT - ۵ H)و پلی وینیلیدین دی فلورید (برای مثال PVDF)به عنوان ماده لایه‌های پیزوالکتریک، مشخص شد که بهبود عملکرد دروگر انرژی PVDF به دلیل گشتاور خمشی برجسته‌تر است. همچنین مشاهده ولتاژهای وابسته به اندازه ناشی از گشتاور نیز جالب است. این کار عملکرد ماشین‌های برداشت انرژی را با سازه‌ها و مواد مختلف مقایسه می‌کند، که راهنمایی برای طراحی و بهینه‌سازی ماشین‌های برداشت انرژی پیزوالکتریک با استفاده از فلکسوالکتریسیته فراهم می‌کند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Civil and Structural Engineering
  • ترجمه مقاله Civil and Structural Engineering
  • مقاله مهندسی عمران و طراحی ساختار
  • ترجمه مقاله مهندسی عمران و طراحی ساختار
  • مقاله Ceramics and Composites
  • ترجمه مقاله Ceramics and Composites
  • مقاله سرامیک و کامپوزیت ها
  • ترجمه مقاله سرامیک و کامپوزیت ها
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.