Sensitivity analysis and uncertainty quantification of (a)symmetric bistable energy harvesters

• Autor(a) principal: Norenberg, João Pedro Canisso Valese
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/232560
• topic: Colheita de energia por vibração; Dinâmica não linear; Assimetria; Acoplamento piezoelétrico não linear; Análise de sensibilidade global; Quantificação de incertezas; Vibration energy harvesting; Nonlinear dynamics; Asymmetry; Nonlinear piezoelectric coupling; Global sensitivity analysis; Uncertainty quantification

Variabilidades paramétricas são efeitos inevitáveis em qualquer sistema de engenharia. Em coletores de energia, esse fenômeno pode definir aspectos cruciais em seu desempenho, especialmente devido sua suscetibilidade a pequenas perturbações. Desta forma, este trabalho visa identificar e compreender os parâmetros mais críticos em processos de colheita de energia através de sistemas coletores vibratórios, biestáveis, (as)simétricos, com acoplamento piezoelétrico (não)linear. O objetivo é avaliar a influência da variabilidade dos parâmetros físicos e das condições externas de excitação na potência recuperada. Para tanto, uma análise de sensibilidade global baseada em decomposição ortogonal de variância é empregada para quantificar a dependência da potência recuperada em relação aos parâmetros do sistema. A construção de um metamodelo baseado em caos polinomial foi conduzida para baratear o custo computacional. Essa avaliação indicou alta sensibilidade às propriedades elétricas do material piezoelétrico e do circuito resistivo, às condições de excitação e ao parâmetro de assimetria. Também foi demonstrado que a ordem de importância desses termos pode mudar de acordo com a estabilidade dinâmica do sistema. A razão de amortecimento e propriedades mecânicas do material piezoelétrico demonstraram baixa sensibilidade. Em seguida, é feito um estudo de propagação de incertezas através de um modelo probabilístico de baixa dimensão (apenas variáveis de alta sensibilidade) para compreender como esses efeitos impactam a geração de energia. Por fim, uma bancada experimental é construída e avaliada com o propósito de validar os achados numéricos relativos à influência da assimetria e condições de excitação. Resultados inéditos indicaram cenários que a assimetria pode aumentar a produção de energia a partir do efeito piezelétrico.