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Modeling and Efficiency Analysis of a Piezoelectric Energy Harvester Based on the Flow Induced Vibration of a Piezoelectric Composite Pipe

机译：基于压电复合管流致振动的压电能量采集器建模与效率分析

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摘要

This paper proposes and investigates a piezoelectric energy harvesting system based on the flow induced vibration of a piezoelectric composite cantilever pipe. Dynamic equations for the proposed energy harvester are derived considering the fluid-structure interaction and piezoelectric coupling vibration. Linear global stability analysis of the fluid-solid-electric coupled system is done using the numerical continuation method to find the neutrally stable vibration mode of the system. A measure of the energy harvesting efficiency of the system is proposed and analyzed. A series of simulations are conducted to throw light upon the influences of mass ratio, dimensionless electromechanical coupling, and dimensionless connected resistance upon the critical reduced velocity and the normalized energy harvesting efficiency. The results provide useful guidelines for the practical design of piezoelectric energy harvester based on fluid structure interaction and indicate some future topics to be investigated to optimize the device performance.
机译：本文提出并研究了一种基于压电复合悬臂管的流致振动的压电能量收集系统。考虑流体-结构相互作用和压电耦合振动，得出了所提出能量收集器的动力学方程。使用数值连续法对流固电耦合系统进行线性整体稳定性分析，以找到系统的中性稳定振动模式。提出并分析了系统的能量收集效率。进行了一系列模拟，以了解质量比，无量纲的机电耦合和无量纲的连接电阻对临界降低的速度和归一化的能量收集效率的影响。结果为基于流体结构相互作用的压电能量收集器的实际设计提供了有用的指导，并指出了一些需要研究以优化器件性能的未来主题。

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