Article (Périodiques scientifiques)
Monolithic modeling and finite element analysis of piezoelectric energy harvesters
RAVI, Srivathsan; ZILIAN, Andreas
2017In Acta Mechanica, 228 (6), p. 2251-2267
Peer reviewed vérifié par ORBi
 

Documents


Texte intégral
10.1007_s00707-017-1830-7.pdf
Postprint Éditeur (1.11 MB)
Demander un accès

Tous les documents dans ORBilu sont protégés par une licence d'utilisation.

Envoyer vers



Détails



Résumé :
[en] This paper is devoted to monolithic modeling of piezoelectric energy harvesting devices. From a modeling perspective, piezoelectric energy harvesting is a strongly coupled phenomenon with two-way coupling between the electromechanical effect of the piezoelectric material and the harvesting circuit. Even in applications related to shunt damping, where the attached electrical circuit is passive, accurate modeling of the strong coupling is crucial for proper evaluation of the relevant parameters. The article proposes a monolithic mixed-hybrid finite element formulation for the predictive modeling and simulation of piezoelectric energy harvesting devices. The governing equations of the coupled electromechanical problem are converted into a single integral form with six independent unknown fields. Such a holistic approach provides consistent solution to the coupled field equations which involve structural dynamics, electromechanical effect of the piezoelectric patches and the dynamics of the attached harvesting circuit. This allows accurate computation of the eigenvalues and corresponding mode shapes of a harvester for any finite resistive load coupled to the harvester. The fully three-dimensional mixed-hybrid formulation is capable of analyzing structures with non-uniform geometry and varying material properties. The results of the finite element model are verified against the analytical results of a bimorph harvester with tip mass reported in the literature.
Disciplines :
Ingénierie, informatique & technologie: Multidisciplinaire, généralités & autres
Auteur, co-auteur :
RAVI, Srivathsan ;  University of Luxembourg > Faculty of Science, Technology and Communication (FSTC) > Engineering Research Unit
ZILIAN, Andreas  ;  University of Luxembourg > Faculty of Science, Technology and Communication (FSTC) > Engineering Research Unit
Co-auteurs externes :
no
Langue du document :
Anglais
Titre :
Monolithic modeling and finite element analysis of piezoelectric energy harvesters
Date de publication/diffusion :
01 juin 2017
Titre du périodique :
Acta Mechanica
ISSN :
0001-5970
eISSN :
1619-6937
Maison d'édition :
Springer Wien, Vienna, Autriche
Volume/Tome :
228
Fascicule/Saison :
6
Pagination :
2251-2267
Peer reviewed :
Peer reviewed vérifié par ORBi
Focus Area :
Computational Sciences
Projet européen :
FP7 - 322151 - FSI-HARVEST - Numerical modelling of smart energy harvesting devices driven by flow-induced vibrations
Projet FnR :
FNR3996097 - Numerical Modelling Of Smart Energy Harvesting Devices Driven By Flow-induced Vibrations, 2012 (01/02/2013-31/01/2017) - Srivathsan Ravi
Organisme subsidiant :
FNR - Fonds National de la Recherche
CE - Commission Européenne
European Union
Disponible sur ORBilu :
depuis le 29 mars 2017

Statistiques


Nombre de vues
213 (dont 22 Unilu)
Nombre de téléchargements
4 (dont 4 Unilu)

citations Scopus®
 
21
citations Scopus®
sans auto-citations
18
OpenCitations
 
9
citations OpenAlex
 
22
citations WoS
 
23

Bibliographie


Publications similaires



Contacter ORBilu