Aeroelastic energy harvesting behaviour with combined nonlinear stiffness and nonlinear electromechanical coupling - Amaral, Ana Carolina Godoy [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2020)
Energy harvesting é uma tecnologia promissora para a obtenção de energia renovável, e tem chamado muita atenção, ultimamente. Seu objetivo é extrair a energia presente no ambiente e transferi-la para os diversos dispositivos eletrônicos do sistema. O objetivo deste trabalho é estudar energy harvesting utilizando um transdutor piezoelétrico aplicado a uma estrutura aeronáutica em condição de flutter, com rigidez não linear e acoplamento eletromecânico não linear combinados. O modelo matemático para análise dinâmica da seção aeroelástica típica nas condições descritas é analisado por meio de simulação numérica. A influência da rigidez não linear e do acoplamento eletromecânico não linear é analisada pela quantificação da potência mecânica e elétrica do sistema e da velocidade de flutter do sistema. Velocidade de flutter e potência mecânica e elétrica em função do acoplamento eletromecânico são comparados para quatro casos: rigidez linear e acoplamento eletromecânico linear, rigidez não linear e acoplamento eletromecânico linear, rigidez linear e acoplamento eletromecânico não linear, e rigidez não linear e acoplamento eletromecânico não linear. A rigidez não linear tem mais influência na velocidade de flutter, enquanto o acoplamento eletromecânico não linear tem mais influência na energy harvesting. Negligenciar um elemento não linear pode levar à subestimação da velocidade de flutter e da energy harvesting, o melhor resultado é dado pelos dois elementos não lineares combinados. O aumento da velocidade de flutter é interessante para a aeronáutica, pois permite maior velocidade de voo. E o aumento da energy harvesting pode estender a aplicabilidade da coleta de energia em estruturas aeronáuticas e sistemas de engenharia em geral.

Energy harvesting is a promising technology to obtain renewable energy, and has attracted much attention, lately. Its objective is to capture the energy present in the environment and transfer it to the various electronic devices in the system. The objective of this work is to study energy harvesting using a piezoelectric transducer applied to an aeronautical structure in flutter condition, with combined nonlinear stiffness and nonlinear electromechanical coupling. The mathematical model for dynamic analysis of a aeroelastic typical section under the described conditions is analysed through numerical simulation. The influence of nonlinear stiffness and nonlinear electromechanical coupling is analysed by quantifying the system's mechanical and electrical power and the system's flutter speed. Flutter speed and mechanical and electrical power as a function of electromechanical coupling are compared for four cases: linear stiffness and linear electromechanical coupling, nonlinear stiffness and linear electromechanical stiffness, linear stiffness and nonlinear electromechanical coupling and nonlinear stiffness and nonlinear electromechanical coupling. Nonlinear stiffness has more influence in flutter speed, while nonlinear electromechanical coupling has more influence on harvested electrical power. Neglecting one nonlinear element characteristic can lead to underestimation of flutter speed and harvested energy, the best result is given by the two nonlinear elements combined. Increasing flutter speed is interesting for aeronautics, as it allows for increased flight speed. And increasing harvested power can extend the applicability of energy harvesting in aeronautical structures and engineering systems in general.
Resposta de energy harvesting aeroelástico com rigidez não linear e acoplamento eletromecânico não linear combinados
Keywords: Energy harvesting; Nonlinear stiffness; Nonlinear electromechanical coupling; Flutter; Rigidez não linear; Acoplamento eletromecânico não linear