Piezoelectric energy harvester with double cantilever beam undergoing coupled bending-torsion vibrations by width-splitting method

悬臂梁 扭转(腹足类) 振动 激发 材料科学 声学 压电 电压 梁(结构) 结构工程 物理 光学 复合材料 工程类 量子力学 外科 医学
作者
Jiawen Song,Guihong Sun,X. Zeng,Xiangwen Li,Quan Bai,Xuejun Zheng
出处
期刊:Scientific Reports [Nature Portfolio]
卷期号:12 (1): 583-583 被引量:48
标识
DOI:10.1038/s41598-021-04476-1
摘要

Abstract We propose piezoelectric energy harvester (PEH) with double-cantilever-beam (DCB) undergoing coupled bending-torsion vibrations by combining width-splitting method and asymmetric mass, in order that more ambient energy could be harvested from environmental vibration with multiple-frequency excitation. The geometrical dimensions are optimized for PEHDCB, when the maximum of output peak voltages U p-max and resonance frequency difference (Δ f 0 ) between the first and second modes are chosen as optimization objectives based on orthogonal test method. The energy harvesting efficiency is evaluated by the proportion of half-power bandwidth and quality factor, and the experimental and simulation results are compared to verify reliability. The U p-max1 and P p-max1 are increased 25.2% and 57.3% for PEHDCB under the multi-frequency excitation, when the split-width method is applied into PEH with single-cantilever-beam (SCB) undergoing coupled bending-torsion vibrations. The deviations of U p-max1 and f 0 are at the ranges of 4.9–14.2% and 2.2–2.5% for PEHDCB under the different mass ratios, and the measurement reliability is acceptable considering incomplete clamping, damping and inevitable assembly effects. The energy harvesting efficiency of PEHDCB presented is much higher than that of the conventional PEHSCB from environmental vibration with multiple-frequency excitation.
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