Article (Périodiques scientifiques)
A geometrically nonlinear shear deformable beam model for piezoelectric energy harvesters
SHANG, Lan; Hoareau, Christophe; ZILIAN, Andreas
2021In Acta Mechanica, 232 (12), p. 4847-4866
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Résumé :
[en] An electromechanical model for beam-like piezoelectric energy harvesters based on Reissner’s beam theory is developed in this paper. The proposed model captures first-order shear deformation and large displacement/rotation, which distinguishes this model from other models reported in the literature. All governing equations are presented in detail, making the associated framework extensible to investigate various piezoelectric energy harvesters. The weak formulation is then derived to obtain the approximate solution to the governing equations by the finite element method. This solution scheme is completely coupled, and thus allows for two-way interaction between mechanical and electrical fields. To validate this model, extensive numerical examples are implemented in the linear and nonlinear regime. In the linear limit, this model produces results in excellent agreement with reference data. In the nonlinear regime, the large amplitude response of the piezoelectric beam induced by strong base excitation or fluid flow is considered, and the comparison of results with literature data is encouraging. The ability of this nonlinear model to predict limit cycle oscillations in axial flow is demonstrated.
Disciplines :
Ingénierie, informatique & technologie: Multidisciplinaire, généralités & autres
Auteur, co-auteur :
SHANG, Lan ;  University of Luxembourg > Faculty of Science, Technology and Medicine (FSTM) > Department of Engineering (DoE)
Hoareau, Christophe;  Conservatoire national des arts et métiers (Cnam) > Laboratoire de Mécanique des Structures et des Systèmes Couplés (LMSSC)
ZILIAN, Andreas  ;  University of Luxembourg > Faculty of Science, Technology and Medicine (FSTM) > Department of Engineering (DoE)
Co-auteurs externes :
yes
Langue du document :
Anglais
Titre :
A geometrically nonlinear shear deformable beam model for piezoelectric energy harvesters
Date de publication/diffusion :
2021
Titre du périodique :
Acta Mechanica
ISSN :
0001-5970
eISSN :
1619-6937
Maison d'édition :
Springer, Vienna, Allemagne
Volume/Tome :
232
Fascicule/Saison :
12
Pagination :
4847-4866
Peer reviewed :
Peer reviewed vérifié par ORBi
Focus Area :
Computational Sciences
Projet FnR :
FNR12252781 - Data-driven Computational Modelling And Applications, 2017 (01/09/2018-28/02/2025) - Andreas Zilian
Organisme subsidiant :
FNR - Fonds National de la Recherche
Disponible sur ORBilu :
depuis le 27 janvier 2023

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