Energy harvesting from piezoelectric strips attached to systems under random vibrations

Francesco Trentadu; Giuseppe Quaranta; Claudio Maruccio; Giuseppe C. Marano

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자료유형: 학술저널

저자정보: Francesco Trentadu (Technical University of Bari) Giuseppe Quaranta (Sapienza University of Rome) Claudio Maruccio (University of Salento via Monteroni) Giuseppe C. Marano (Politecnico di Torino)

저널정보: 국제구조공학회 Smart Structures and Systems, An International Journal Smart Structures and Systems, An International Journal Vol.24 No.3

발행연도: 2019.1

수록면: 333 - 343 (11page)

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The possibility of adopting vibration-powered wireless nodes has been largely investigated in the last years. Among the available technologies based on the piezoelectric effect, the most common ones consist of a vibrating beam covered by electroactive layers. Another energy harvesting strategy is based on the use of piezoelectric strips attached to a hosting structure subjected to dynamic loads. The hosting structure, for example, can be the system to be equipped with wireless nodes. Such strategy has received few attentions so far and no analytical studies have been presented yet. Hence, the original contribution of the present paper is concerned with the development of analytical solutions for the electrodynamic analysis and design of piezoelectric polymeric strips attached to relatively large linear elastic structural systems subjected to random vibrations at the base. Specifically, it is assumed that the dynamics of the hosting structure is dominated by the fundamental vibration mode only, and thus it is reduced to a linear elastic single-degree-of-freedom system. On the other hand, the random excitation at the base of the hosting structure is simulated by filtering a white Gaussian noise through a linear second-order filter. The electromechanical force exerted by the polymeric strip is negligible compared with other forces generated by the large hosting structure to which it is attached. By assuming a simplified electrical interface, useful new exact analytical expressions are derived to assess the generated electric power and the integrity of the harvester as well as to facilitate its optimum design.

#electrospun piezoelectric nanofibers #energy harvesting #random vibrations #smart structures #structural monitoring

참고문헌 (40)

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Adhikari, S. / 2009 / Piezoelectric energy harvesting from broadband random vibrations / Smart Mater. Struct 18(11)

Adhikari, S. / 2016 / Design and analysis of vibration energy harvesters based on peak response statistics / Smart Mater. Struct 25(6)

S. F. Ali / 2011 / Analysis of energy harvesters for highway bridges / Journal of Intelligent Material Systems and Structures 22(16):1929~1938

Bechtold, T. / 2012 / System-level Modeling of MEMS / John Wiley & Sons

Paul Cahill / 2016 / Effect of Road Surface, Vehicle, and Device Characteristics on Energy Harvesting from Bridge-Vehicle Interactions / Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering 31(12):921~935

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Francesco Trentadu

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Giuseppe Quaranta

소속기관 Sapienza University of Rome

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Claudio Maruccio

소속기관 University of Salento via Monteroni

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 토목공학

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Giuseppe C. Marano

소속기관 Politecnico di Torino

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