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Elastic wave localization and energy harvesting defined by piezoelectric patches on phononic crystal waveguide
Physics Letters A ( IF 2.6 ) Pub Date : 2021-04-24 , DOI: 10.1016/j.physleta.2021.127366
Hanbo Shao , Guoping Chen , Huan He

The application of piezoelectric effect to localize elastic wave and collect energy has been a hot research field in recent years. In this paper, we designed a phononic crystal (PnC)-based system with a piezoelectric waveguide to realize wave localization. (PnC) is one representative example of a metamaterial, it is constituted by a periodic repetition of unit cells. The most important feature of PnC is to forbid wave propagate in some special frequency, people called it bandgap. In our research, we introduce line defect waveguide and piezoelectric waveguide in the bandgap. By adding piezoelectric patches in the waveguide of PnC structure, the frequency of waveguide mode can be raised from 2240 Hz to 2265 Hz. The frequency difference between the two waveguides helps us create a wave localization in the position of piezoelectric patches. We also find that the localization performs best when the frequency is 2257 Hz. Besides, the electro-elastic coupling is studied in this paper, the coupling would become stronger when the two piezoelectric patches get closer, then we can get a vibration peak in strong coupling, it can help us localize wave if we need a very strong vibration in a point or a small position. On the contrary, the coupling would become weaker when the two piezoelectric patches get farther, and then we can obtain a wide localization position with the same amplitude of vibration between two piezoelectric patches, it can help us localize wave if we need the same vibration in a relatively wide area. We also investigate the relationship between power and the resistance in the circuit, results show that the maximum power appears in 103Ω of all the three cases. The research of wave localization and energy harvesting can give us a new idea to design many vibration and energy-localization devices.



中文翻译:

由声子晶体波导上的压电片定义的弹性波局部化和能量收集

近年来,压电效应在弹性波局部化和能量收集中的应用一直是研究的热点。在本文中,我们设计了一个具有压电波导的基于声子晶体(PnC)的系统,以实现波定位。(PnC)是超材料的一个代表性实例,它由晶胞的周期性重复构成。PnC的最重要特征是禁止波以某些特殊频率传播,人们称其为带隙。在我们的研究中,我们在带隙中引入了线缺陷波导和压电波导。通过在PnC结构的波导中添加压电片,可以将波导模式的频率从2240 Hz提高到2265 Hz。两个波导之间的频率差可帮助我们在压电贴片的位置产生波定位。我们还发现,当频率为2257 Hz时,定位效果最佳。此外,本文研究了电弹性耦合,当两个压电贴片靠近时,耦合将增强,然后在强耦合中可以得到一个振动峰,如果需要非常强的振动,它可以帮助我们定位波。在一点或小的位置上。相反,当两个压电贴片之间的距离越远,耦合将变得越弱,然后我们可以在两个压电贴片之间以相同振幅的振幅获得较宽的定位位置,如果我们需要相同的振动,则可以帮助我们对波进行定位。相对较宽的区域。我们还研究了电路中功率与电阻之间的关系,结果表明最大功率出现在电路中。本文研究了电弹性耦合,当两个压电片靠近时,耦合将变得更强,然后我们可以在强耦合中得到一个振动峰,如果我们需要一个非常强的振动,它可以帮助我们定位波。点或小的位置。相反,当两个压电贴片之间的距离越远,耦合将变得越弱,然后我们可以在两个压电贴片之间以相同振幅的振幅获得较宽的定位位置,如果我们需要相同的振动,则可以帮助我们对波进行定位。相对较宽的区域。我们还研究了电路中功率与电阻之间的关系,结果表明最大功率出现在电路中。本文研究了电弹性耦合,当两个压电片靠近时,耦合将变得更强,然后我们可以在强耦合中得到一个振动峰,如果我们需要一个非常强的振动,它可以帮助我们定位波。点或小的位置。相反,当两个压电贴片之间的距离越远,耦合将变得越弱,然后我们可以在两个压电贴片之间以相同振幅的振幅获得较宽的定位位置,如果我们需要相同的振动,则可以帮助我们对波进行定位。相对较宽的区域。我们还研究了电路中功率与电阻之间的关系,结果表明最大功率出现在电路中。那么我们可以在强耦合中获得一个振动峰值,如果我们需要在一个点或一个很小的位置上产生非常强的振动,则可以帮助我们定位波动。相反,当两个压电贴片之间的距离越远,耦合将变得越弱,然后我们可以在两个压电贴片之间以相同振幅的振幅获得较宽的定位位置,如果我们需要相同的振动,则可以帮助我们对波进行定位。相对较宽的区域。我们还研究了电路中功率与电阻之间的关系,结果表明最大功率出现在电路中。那么我们可以在强耦合中获得一个振动峰值,如果我们需要在一个点或一个很小的位置上产生非常强的振动,则可以帮助我们定位波动。相反,当两个压电贴片之间的距离越远,耦合将变得越弱,然后我们可以在两个压电贴片之间以相同振幅的振幅获得较宽的定位位置,如果我们需要相同的振动,则可以帮助我们对波进行定位。相对较宽的区域。我们还研究了电路中功率与电阻之间的关系,结果表明最大功率出现在电路中。然后我们可以在两个压电贴片之间以相同的振幅获得较宽的定位位置,如果需要在相对较宽的区域内进行相同的振动,则可以帮助我们对波进行定位。我们还研究了电路中功率与电阻之间的关系,结果表明最大功率出现在电路中。然后我们可以在两个压电贴片之间以相同的振幅获得较宽的定位位置,如果需要在相对较宽的区域内进行相同的振动,则可以帮助我们对波进行定位。我们还研究了电路中功率与电阻之间的关系,结果表明最大功率出现在电路中。103Ω在这三种情况中。波定位和能量收集的研究可以为我们设计许多振动和能量定位设备提供新的思路。

更新日期:2021-04-29
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