Design and analysis of a d15 mode piezoelectric energy generator using friction-induced vibration
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Research works have been conducted on transverse and longitudinal mode piezoelectric energy generation to collect energy from ambient vibrations. However, the inconsistency with the frequency of the energy source and low output power density remain problems for high energy output. In this work, we propose a shear mode piezoelectric energy generator, which utilizes the friction-induced vibration (FIV) and high shear mode piezoelectric coefficient to improve the energy output. A piezoelectric coupled FIV mathematical model is developed to accurately calculate the dynamic vibration response and voltage output. The dynamic voltage response is validated by experiment, and it proves the possibility of continuous friction-induced high-frequency vibration. The energy generation process is evaluated by transient charging simulation of a storage capacitor through an iteration process, which was experimentally validated in the literature. Parameter studies have been conducted to investigate the influences of the piezoelectric patch dimensional parameters, vibration system parameters, friction model parameters, methods of electrical connections, and different piezoelectric materials on the energy generation performance to provide guidance for better design. Under ideal experiment conditions with proper parameters, a volume of 6.25 × 10 − 8 m3 PZT4 piezoelectric material indicates root mean square (RMS) charging power density of 5.38 × 10 3 Wm−3 and 4.70 × 10 3 Wm−3 with electrically in parallel and electrically in series, respectively. While using the same amount of material and structural setup, the single crystal PMN-PT piezoelectric material shows RMS charging power density of 2.72 × 10 4 Wm−3 and 2.58 × 10 4 Wm−3 with electrically in parallel and electrically in series, correspondingly. These promising results demonstrate that close to W-level RMS charging power output may be realized by structure optimization of energy generator design and incorporating multiple generators together for operation. Possible incorporation into vehicle braking systems can be considered to utilize the wasted friction energy, and it may offer an energy supply for low-power wireless devices.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».