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Nonlinear characterization and performance optimization for broadband bistable energy harvester

Acta Mechanica Sinica 2020年第3期36卷 578-591页

作者： Ting Tan Zhimiao Yan Kejing Ma Fengrui Liu Linchuan Zhao Wenming Zhang State Key Laboratory of Mechanical System and Vibration School of Mechanical EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China State Key Laboratory of Ocean Engineering School of Naval ArchitectureOcean&Civil EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityShanghai 200240China

As two crucial indicators of bistable energy harvesting performance,band width and power amplitude are simultaneously investigated for obtaining the synergy *** this goal,a nonlinear electromechanical-coupled distributed-parameter model of the bistable piezoelectric energy harvester is *** on the electromechanical decoupled method,approximate higher-order analytical solutions of the beam displacement,harvested power and effective bandwidth are *** cubic-function discriminant of the analytical solution is introduced to determine the nonlinear excitation-frequency boundaries of multiple solutions and power *** stability of the multiple solutions is analyzed through Jacobi matrix of the modulation *** resonance is *** and downward sweep experiments and numerical solutions of time history curves,phase portraits and power spectra confirm the analytical *** realize optimized broadband energy harvesting,the parametric study on the coefficients of the linear and cubic elastic external forces with the corresponding optimal load resistance is *** the nonlinear hardening case,more positive linear coefficient is *** the nonlinear softening case,the cubic coefficient slightly larger than its optimal value is recommended at each given linear *** tuning the load resistance and linear and cubic coefficients of the external force,broadband bistable energy harvesting with optimized power is realized.

关键词： Vibration energy harvesting bistable solution Broadband Superharmonic resonance

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