Energy harvesting in a magnetopiezoelastic system driven by random excitations with uniform and Gaussian distributions

• Autorzy: Litak G. , Borowiec M. , Friswell M. I. , Adhikari S.

Warianty tytułu

PL

Pozyskiwanie energii w piezo-magnetycznym układzie sprężystym, pobudzanym siłą stochastyczną o rozkładzie jednorodnym i normalnym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A simple magneto-piezoelectric system excited by random forces modelled with a double well potential is considered. System responses for different realizations of noise with uniform and Gaussian distributions are compared. The results show negligible differences in the regions of small and high noise intensity. A more noticeable difference can be seen in the intermediate region of noise just below the transition from isolated single well oscillations to coupled double wells oscillations. Variations in the mechanical displacement in this transition region indicate that the transition between these types of behaviour is broader for a uniform noise excitation. Consequently, the system excited with Gaussian noise tends more clearly to one of the different solutions (i.e. motion in a single well or in both wells) while the uniform noise case demonstrates intermittency with multiple solutions.

PL

W pracy analizowany jest prosty układ piezo-magnetyczny, pobudzany losowo z potencjałem o dwóch studniach. Porównywane są odpowiedzi układu przy różnej realizacji szumu, o rozkładzie jednorodnym i normalnym (Gaussowskim). Wyniki przedstawiają nieznaczne różnice w obszarach niskiej i wysokiej intensywności szumu. Bardziej zauważalną różnicę można dostrzec w obszarze pośrednim szumu, tuż poniżej przejścia z oscylacji w pojedynczej studni potencjału do oscylacji w dwóch sprzężonych studniach. Zmiany pracy układu w tym obszarze sygnalizują, że obszar przejść pomiędzy takimi typami rozwiązań jest szerszy przy pobudzaniu szumem o rozkładzie jednorodnym. Natomiast układ pobudzany szumem o rozkładzie normalnym wyraźniej wykazuje tendencje do pracy w zakresie jednego z typów rozwiązań. W rezultacie przy szumie Gaussowskim układ dąży do ruchu w obrębie tylko jednej lub dwóch studni potencjału, podczas gdy w obecności szumu jednorodnego, w zachowaniu układu pojawia się zjawisko intermitencji w realizacji dwóch rozwiązań.

Słowa kluczowe

EN

energy harvesting; piezoelectric transducer; random excitation

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 49 nr 3
• Strony: 757--764
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys.

Twórcy

autor

Litak G.

autor

Borowiec M.

autor

Friswell M. I.

autor

Adhikari S.

• Technical University of Lublin, Department of Applied Mechanics, Lublin, Poland,

Bibliografia

• 1. Anton S.R., Sodano H.A., 2007, A review of power harvesting using piezoelectric materials (2003-2006), Smart Materials and Structures, 16, R1-R21
• 2. Arnold D.P., 2007, Review of microscale magnetic power generation, IEEE Transactions on Magnetics, 43, 3940-3951
• 3. Beeby S.P., Torah R.N., Tudor M.J., Glynne-Jones P., O’Donnell T., Saha C.R., Roy S., 2007, A micro electromagnetic generator for vibration energy harvesting, Journal of Micromechanics and Microengineering, 17, 1257-1265
• 4. Daqaq M.F., 2011, Transduction of a bistable inductive generator driven by white and exponetially correlated Guassian noise, J. Sound and Vibration, 330, 2554-2564
• 5. Erturk A., Hoffmann J., Inman D.J., 2009, A piezomagnetoelastic structure for broadband vibration energy harvesting, Appl. Phys. Lett., 94, 254102
• 6. Erturk A., Inman D.J., 2009, An experimentally validated bimorph cantilever model for piezoelectric energy harvesting from base excitation, Smart Materials and Structures, 18, 025009
• 7. Erturk A., Inman D.J., 2008, A distributed parameter electromechanical model for cantilevered piezoelectric energy harvesters, Journal of Vibration and Acoustics-Transactions of the ASME, 130, 041002
• 8. Litak G., Friswell M.I., Adhikari S., 2010, Magnetopiezoelastic energy harvesting driven by random excitations, Applied Physics Letters, 96, 214103
• 9. Naess A., Moe V., 2000, Efficient path integration methods for nonlinear dynamic systems, Probab. Eng. Mech., 15, 221-231
• 10. Stanton S.C., McGehee C.C., Mann B.P., 2010, Nonlinear dynamics for broadband energy harvesting: Investigation of a bistable piezoelectric inertial generator, Physica D, 239, 640-653