Performance enhancement of flexoelectric energy harvester by structural design

悬臂梁 阻抗匹配 有限元法 伽辽金法 材料科学 梁(结构) 功率密度 电阻抗 离散化 电压 谐波 能量收集 工作(物理) 功率(物理) 联轴节(管道) 固有频率 还原(数学) 结构工程 能量(信号处理) 声学 匹配(统计) 功能(生物学) 机械 电流密度
作者
Shasha Yang,Qihao Yang,Chunli Zhang,Yifan Kong,Yanlu Li,Tianjian Lu,Cheng Shen
出处
期刊:International Journal of Smart and Nano Materials [Taylor & Francis]
卷期号:16 (4): 908-928 被引量:3
标识
DOI:10.1080/19475411.2025.2592544
摘要

How to increase the output power and broaden its operating band is the key issue for the new flexoelectric energy harvester (FEH) to really move toward application. This study proposes a novel two-stage stepped variable-thickness cantilever beam FEH, differing from conventional uniform designs. Theoretical modeling, finite element analysis, and experimental validation are presented. The energy function is obtained by segmenting the flexoelectric cantilever beam according to the assumptions of Euler-Bernoulli beam and then discretized using the Galerkin method. Then, the Lagrange equations are employed to introduce the electromechanical coupling equations for the FEH. Steady-state response equations are obtained for harmonic excitation. Results demonstrate voltage and power density peak at resonance. Optimal matching impedance exists; power density near this impedance increases as flexoelectric layer thickness decreases, showing a significant size effect. Compared to uniform beams, the proposed FEH achieves a 71.8% reduction in first natural frequency and a 93.9-fold increase in power density. This work provides novel structural design strategies and theoretical guidance for high-performance FEHs.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
脑洞疼应助LS采纳,获得10
1秒前
2秒前
wrx发布了新的文献求助10
2秒前
Lucas应助机灵妙菡采纳,获得10
3秒前
石博文发布了新的文献求助10
3秒前
顺顺顺福完成签到,获得积分10
3秒前
小何发布了新的文献求助10
4秒前
小马同学发布了新的文献求助10
4秒前
4秒前
落月随山隐完成签到,获得积分10
4秒前
Junlin完成签到,获得积分10
4秒前
5秒前
shufessm完成签到,获得积分0
6秒前
顺顺顺福发布了新的文献求助10
6秒前
Din发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
pangkai完成签到,获得积分10
9秒前
颿曦发布了新的文献求助10
9秒前
9秒前
10秒前
田様应助张先森采纳,获得10
11秒前
LX完成签到,获得积分10
11秒前
深情安青应助HouXinru采纳,获得10
13秒前
14秒前
14秒前
善良思松应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
英姑应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
Hello应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
愛迪完成签到,获得积分10
14秒前
ding应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
bkagyin应助科研通管家采纳,获得30
14秒前
顾矜应助科研通管家采纳,获得10
14秒前
共享精神应助科研通管家采纳,获得30
14秒前
不解释发布了新的文献求助10
14秒前
大个应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
pangkai发布了新的文献求助10
15秒前
Ava应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
ding应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
SciGPT应助科研通管家采纳,获得10
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Geist der Kunst und Kultur 1000
Resistance Spot Welding Dataset for Automobile Body-in-White Quality Analysis 748
日本現代怪異事典 副読本 700
悉尼大学博士学位论文,题目:Modelling and testing of one-sided stitched laminated composites. 作者:Kristopher P. Plain 650
Machine Learning for Asset Management and Pricing 600
Numerical analysis of the coupled atmosphere-ocean models (CAO II). II 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7398757
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9004217
关于积分的说明 19167815
捐赠科研通 7033805
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3230650
关于科研通互助平台的介绍 2392880
邀请新用户注册赠送积分活动 2212445