Topology optimization of smart structures to enhance the performances of vibration control and energy harvesting

拓扑优化 能量收集 振动控制 拓扑(电路) 振动 智能材料 控制(管理) 能量(信号处理) 工程类 汽车工程 计算机科学 结构工程 材料科学 电气工程 声学 复合材料 数学 物理 人工智能 有限元法 统计
作者
João Pedro Sena,Antônio Marcos Gonçalves de Lima,Noureddine Bouhaddi,Najib Kacem
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:33 (9): 095031-095031
标识
DOI:10.1088/1361-665x/ad69ea
摘要

Abstract With the growing interest in smart materials, the utilization of shunted piezoceramics for dynamic vibration control has gained significant attention due to their unique characteristics, such as the ability to absorb strain energy from vibrating systems and convert it into electrical energy. Designing and analyzing the behavior of structures in hybrid mitigation/harvesting conditions, considering both reliability and performance, pose challenges. This paper aims to achieve optimal design parameters for the structure by employing a multiobjective optimization approach that strikes a compromise between maximizing harvested power and minimizing structural damage. To evaluate the effectiveness of the design, topology optimization was conducted in three different cases to compare the results. By systematically exploring the design space, these cases provide insights into the influence of various parameters on the structural performance. In addition, to enhance computational efficiency, the structure was represented as a metamodel using neural networks. This approach enables rapid evaluation and prediction of the structure’s behavior, facilitating the optimization process. By integrating multiobjective optimization, topology optimization, and metamodeling techniques, this study aims to provide valuable insights into the optimal design of structures that simultaneously incorporate shunt circuitry for vibration control and energy harvesting, leading to improved performance and reliability.

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