Abstract From the last few decades, the piezoelectric materials are playing a vital role in the field of energy harvesting because of their capability to convert mechanical energy from the surroundings into useful electrical energy. In this research, the performance of the piezoelectric energy harvester (PEH) in cantilever configuration with varying length and width of the patch as compared to the beam was analyzed. Moreover, the induced voltage and power harvested by the designed PEH are analyzed for the various configurations of piezoelectric patch (PZTp). The effect of length and width of the PZTp and beam is predicted for the energy harvesting phenomenon. The effect of different piezoelectric materials [i.e. Lead zirconate titanate (PZT-5A) and Barium titanate (BaTiO3)] bonded to different non-piezoelectric materials (i.e. Aluminum (Al) and fiberglass) is studied analytically. An analytical model is developed for three different cases to analyze the effect of varying patch length while keeping the length of the beam variable. Finite Element Models to study energy harvesting and modes of vibration for all three cases were developed. The results of the analytical model and numerical model are compared with experimental investigations and are found to agree with a maximum of 22% error. For the designed harvesters, the maximum power output is obtained for the test case in which PZT-5A patch of smaller length is bonded with Al patch of larger length. The analytical, numerical and experimental results depict a similar trend.

中文翻译：

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压电能量收集器配置的表征和实现：分析、数值和实验方法

摘要 近几十年来，压电材料由于能够将周围环境的机械能转化为有用的电能，在能量收集领域发挥着至关重要的作用。在这项研究中，分析了悬臂结构中压电能量收集器 (PEH) 的性能，与梁相比，贴片的长度和宽度不同。此外，针对压电贴片 (PZTp) 的各种配置，分析了由设计的 PEH 收集的感应电压和功率。预测 PZTp 和梁的长度和宽度对能量收集现象的影响。不同压电材料[即锆钛酸铅（PZT-5A）和钛酸钡（BaTiO3）]与不同非压电材料（即 铝 (Al) 和玻璃纤维）进行了分析研究。针对三种不同情况开发了一个分析模型，以分析在保持光束长度可变的情况下改变贴片长度的影响。开发了用于研究所有三种情况的能量收集和振动模式的有限元模型。将分析模型和数值模型的结果与实验研究进行比较，发现最大误差为 22%。对于设计的收割机，最大功率输出是在测试案例中获得的，其中较小长度的 PZT-5A 贴片与较大长度的铝贴片粘合。分析、数值和实验结果描绘了类似的趋势。针对三种不同情况开发了一个分析模型，以分析在保持光束长度可变的情况下改变贴片长度的影响。开发了用于研究所有三种情况的能量收集和振动模式的有限元模型。将分析模型和数值模型的结果与实验研究进行比较，发现最大误差为 22%。对于设计的收割机，最大功率输出是在测试案例中获得的，其中较小长度的 PZT-5A 贴片与较大长度的铝贴片粘合。分析、数值和实验结果描绘了类似的趋势。针对三种不同情况开发了一个分析模型，以分析在保持光束长度可变的情况下改变贴片长度的影响。开发了用于研究所有三种情况的能量收集和振动模式的有限元模型。将分析模型和数值模型的结果与实验研究进行比较，发现最大误差为 22%。对于设计的收割机，最大功率输出是在测试案例中获得的，其中较小长度的 PZT-5A 贴片与较大长度的铝贴片粘合。分析、数值和实验结果描绘了类似的趋势。将分析模型和数值模型的结果与实验研究进行比较，发现最大误差为 22%。对于设计的收割机，最大功率输出是在测试案例中获得的，其中较小长度的 PZT-5A 贴片与较大长度的铝贴片粘合。分析、数值和实验结果描绘了类似的趋势。将分析模型和数值模型的结果与实验研究进行比较，发现最大误差为 22%。对于设计的收割机，最大功率输出是在测试案例中获得的，其中较小长度的 PZT-5A 贴片与较大长度的铝贴片粘合。分析、数值和实验结果描绘了类似的趋势。