Multi-Stable Compliant Structures for Vibration Energy Harvesting. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Mohamad_A_Sayegh_Thesis_Final_MULTI-STABLE_COMPLIANT_STRUCTURES_FOR VIBRATION_ENERGY_HARVESTING.pdf - Submitted Version Restricted to Repository staff only until 22 May 2026. Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial. Download (4MB)

Arabic Abstract

لقد ثبت أن ثنائية الاستقرارية وتعددية الاستقرارية هي تقنيات غير خطية مفيدة في زيادة عرض النطاق الترددي لحاصدات طاقة الاهتزاز، إلا أنه في معظم الدراسات تم تحقيق هذه التقنيات بالاعتماد على المغناطيسات وهو ما لا يناسب جميع التطبيقات. في هذا الأطروحة، نقوم باستكشاف إمكانية استخدام هيكل مطاوع ثنائي الاستقرار في حصاد طاقة الاهتزاز ونقيم فعاليته من منظور ديناميكي. وعلى وجه الخصوص، نعرض عملية تصميم الهيكل المقترح مع التركيز على العوامل الأساسية التي تحسن من استجابته لاهتزازات منخفضة المستوى، ونناقش التحديات والقيود الرئيسية. علاوة على ذلك، تم تطوير نموذج ديناميكي باستخدام العوامل المجتمعة لمحاكاة الهيكل المقترح، وتم مقارنة نتائج المحاكاة بالنتائج التجريبية. تظهر النتائج التجريبية أن الهيكل المقترح يظهر نطاقاً ترددياً جيداً عند سعات اهتزاز معقولة مقارنة بالأنظمة الشبيهة الموجودة. بالإضافة إلى ذلك، فإن النموذج الرقمي يصف سلوك النظام الواقعي بفعالية، إلا أن التوافق الدقيق بين النموذجين يعتمد على القياس الدقيق لقوة الاستعادة ومعامل المضاءلة الخاص بالهيكل.

English Abstract

Bistability and multistability have been proved to be beneficial nonlinear techniques for increasing the bandwidth of vibration energy harvesters, but they have primarily been achieved through the use of magnets, which is not suitable for all applications. In this thesis, a bistable compliant structure is designed and studied both numerically and experimentally for use in vibration energy harvesting (VEH), and its effectiveness in energy harvesting was investigated from a dynamic perspective. Specifically, we present the design process of the proposed structure, emphasizing the key parameters that improve its responsiveness to low excitation levels, and discuss the main challenges and limitations. Furthermore, a lumped-parameter dynamic model is developed to simulate the proposed structure, and the results are compared with experimental findings. The experimental results demonstrate that the proposed structure offers a significant frequency bandwidth at reasonable excitation amplitudes compared to existing counterparts in the literature. Additionally, the numerical model effectively captures the behavior of the real system, however, accurate matching depends on the precise measurement of the structure's restoring force and damping coefficient.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Civil Engineering > Structural Engineering Physics Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Khater, Mahmoud
Committee Members:	Khater, Mahmoud and Bashmal, Salem Mohamed and Hawwa, Muhammad
Depositing User:	MOHAMAD SAYGH (g201693960)
Date Deposited:	22 May 2025 05:43
Last Modified:	22 May 2025 05:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143432