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Eventos Anais de eventos

Anais de eventos

MECSOL 2022

8th International Symposium on Solid Mechanics

Sensitivity analysis for the topology optimization of bimorph piezoelectric energy harvesters for voltage maximization

Submission Author: Breno Vincenzo de Almeida , SP
Co-Authors: Breno Vincenzo de Almeida, Renato Pavanello
Presenter: Renato Pavanello

doi://10.26678/ABCM.MECSOL2022.MSL22-0209

 

Abstract

The design of a bimorph cantilevered-type piezoelectric energy harvesting device subject to base vibration can be determined via a topology optimization procedure using the BESO method. The device is modeled considering plane strain hypothesis, harmonic base vibration, Rayleigh damping and a simple resistor connecting the electrodes. In such optimization problems, it is common to consider a performance parameter dependent on energy terms, such as the electromechanical coupling coefficient or the ratio between input mechanical work and output electrical energy. Another option is to directly maximize the electrical power dissipated in an equivalent electrical circuit connecting the electrodes, which can present instabilities in the optimization process if no energy terms are considered. In this work, sensitivity analyses are performed for the latter case, seeking to investigate the suitability of conventional sensitivity analysis procedures for this class of problems when applied to discrete optimization problems such as the BESO method.

Keywords

Topology optimization, Piezoelectric materials, energy harvesting, Sensitivity analysis

 

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