桥梁基础设施的压电能量收集器设计优化
摘要：桥梁激励引起的振动能量可以供应给结构健康监测（SHM）系统中的传感器，有助于延长其使用寿命，减少化学电池废物并实现在偏远地区使用。设计压电能量收集器（PEH）的常见方法是将其基本频率调整到某个目标值（例如，桥梁的基本频率）。然而，这种方法不能回答所选择的目标频率是否最优，并且不考虑存在具有相同基本频率的多种设计配置的可能性。在这项工作中，我们以严谨的方式来处理PEH设计优化问题，使用基于Kirchhoff-Love板理论和等几何分析（IGA）的PEH模型，结合模态阶数降低（MOR）方法和龙格-库塔时间积分方法。该模型进一步配备了粒子群优化（PSO）算法，可以找到最大化从给定基本加速度信号输出能量的几何形状。通过考虑澳大利亚新南威尔士州的一座大型斜拉桥的场地健康监测数据，进行了一项广泛的研究，以推断PEH几何形状对其能量收集性能的影响。基于加速度事件（即响应水平超过一定阈值的事件），开发了一个形状优化框架，然后对事件优化中获得的设计进行聚类，以提出几个连续能量生成的最佳候选。这项工作代表了PEH设计优化的首次真实操作条件的研究。
作者：Patricio Peralta-Braz, Mehrisadat Makki Alamdari, Rafael O. Ruiz, Elena Atroshchenko and Mahbub Hassan
论文ID：2205.06949
分类：Computational Engineering, Finance, and Science
分类简称：cs.CE
提交时间：2022-09-27