Influencia de Relaciones Constitutivas No Lineales en la Recolección Piezoeléctrica de Energía

Abstract

La conversión de vibraciones en una forma utilizable de energía se ha convertido en un tema de gran interés en la comunidad científica. Los materiales piezoeléctricos producen cargas eléctricas cuando son deformados mecánicamente y es por tal motivo que son especialmente aptos para su aplicación en sistemas recolectores de energía. Aunque es sabido que las ecuaciones constitutivas de los piezoeléctricos son no lineales, la mayoría de los modelos matemáticos existentes están basados en la forma linealizada de estas ecuaciones. Sin embargo, el creciente avance en estos dispositivos recolectores ha puesto especial énfasis en la comprensión rigurosa del comportamiento electromecánico de los piezocerámicos como parte integrante de una estructura. El propósito de este trabajo es investigar la influencia de los términos constitutivos no lineales de los materiales piezoeléctricos sobre el comportamiento dinámico de una viga cantilever sometida a una aceleración de su base. Para realizar el análisis se desarrolla un modelo analítico no lineal cuyos resultados son comparados con ensayos experimentales y numéricos. Se presenta la influencia de los términos no lineales sobre el voltaje eléctrico y potencia generada por el recolector de energía considerando diferentes amplitudes de excitación.