双稳态混杂层板动力学行为及其压电振动能量收集研究

发布时间：2021-10-29 22:30

　　近年来,随着无线监测传感器等微电子设备逐渐向低功耗方向发展,从机械振动中收集能量而为电子设备供电的供给方式变得越来越重要,此种方式可以降低电子设备对电池等外部电源的依赖性,从而实现自供能,使电子设备在长时间内不间断地工作。与电磁式和静电式振动能量收集技术相比,压电振动能量收集技术具有结构简单,无电磁干扰,易于加工制备和可实现机构的微小化、集成化等诸多优点而备受国内外研究人员的关注。传统线性压电振动能量收集器只有当振动频率与其共振频率接近时才有效,但振动能的频率是随机的或是在一定范围内变化,因此线性压电能量收集器无法满足实际需求,而实现宽频能量收集才更具有实际意义。得益于非线性动态响应,双稳态结构成为实现宽频能量收集颇具前景的选择之一。双稳态复合材料层板是一种典型的双稳态结构,在跳变过程中可实现大变形,且在一定频率范围内具有丰富的非线性动态响应,这使其成为实现宽频压电振动能量收集的潜在方案之一。本文以压电振动能量收集技术为背景,结合一种双稳态混杂对称层板,设计并研究一种新型的双稳态宽频振动压电能量收集器,主要工作如下:为了获得双稳态混杂对称层板的稳定构型特点,首先对双稳态混杂对称层板的稳... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：186 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的和意义
    1.2 双稳态层板国内外研究现状
        1.2.1 稳定构型预报
        1.2.2 跳变行为及驱动方法
        1.2.3 新型双稳态层板
        1.2.4 非线性振动
        1.2.5 可变形结构应用
    1.3 压电振动能量收集国内外研究现状
        1.3.1 共振模式压电能量收集
        1.3.2 宽频压电振动能量收集
        1.3.3 基于双稳态层板的宽频压电振动能量收集
    1.4 本文的主要研究内容
第2章 双稳态混杂对称层板的构型预报及跳变行为研究
    2.1 引言
    2.2 双稳态混杂对称层板的构型预报
        2.2.1 有限元分析
        2.2.2 构型预报模型
        2.2.3 构型分析
    2.3 悬臂双稳态混杂对称层板的构型
        2.3.1 悬臂双稳态混杂对称层板构型的有限元分析
        2.3.2 悬臂双稳态混杂对称层板的构型预报模型
        2.3.3 悬臂双稳态混杂对称层板的构型分析
        2.3.4 悬臂双稳态混杂对称层板构型的影响参数分析
    2.4 双稳态混杂对称层板的跳变行为研究
        2.4.1 四点支撑下的跳变行为
        2.4.2 悬臂边界下的跳变行为
        2.4.3 悬臂边界下跳变行为的影响因素分析
    2.5 本章小结
第3章 双稳态混杂对称层板的动力学特性分析
    3.1 引言
    3.2 双稳态混杂对称层板的设计与制备
    3.3 双稳态混杂对称层板的动态分析测试方法
    3.4 双稳态混杂对称层板的有限元分析
        3.4.1 固有频率和模态
        3.4.2 动态数值分析
    3.5 双稳态混杂对称层板静态跳变行为下的应变响应
    3.6 双稳态混杂对称层板的动态响应
        3.6.1 单阱振动响应
        3.6.2 阱间振动响应
    3.7 本章小结
第4章 双稳态压电能量收集器的设计与分析
    4.1 引言
    4.2 双稳态压电能量收集器的设计与分析
        4.2.1 双稳态压电能量收集器的设计
        4.2.2 双稳态压电能量收集器的有限元分析
        4.2.3 双稳态压电能量收集器的初步验证
    4.3 双稳态压电能量收集器的影响参数分析
        4.3.1 铺层方式
        4.3.2 混杂宽度
        4.3.3 压电陶瓷尺寸
        4.3.4 实验验证
    4.4 本章小结
第5章 双稳态压电振动能量收集器的动力学特性研究
    5.1 引言
    5.2 双稳态压电振动能量收集器的实验研究
        5.2.1 双稳态压电振动能量收集器的设计
        5.2.2 实验方法
        5.2.3 结果与分析
    5.3 全铝混杂铺层的双稳态压电能量收集器
        5.3.1 全铝混杂铺层的双稳态混杂对称层板
        5.3.2 全铝混杂铺层的双稳态压电能量收集器
        5.3.3 实验验证
        5.3.4 具有附加质量的双稳态压电能量收集器
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]磁力双稳态压电悬臂梁俘能器的非线性振动特性研究[J]. 张宇,汪权.  计算力学学报. 2017(06)
[2]多质量块宽频压电能量收集器[J]. 王海,邱皖群,周璇,付邦晨.  压电与声光. 2015(06)
[3]非线性压电振动能量采集器的振动特性与实验研究[J]. 王光庆,张伟,刘创,杨斌强,廖维新.  传感技术学报. 2015(10)
[4]基于低频驱动的微压电能量收集器的结构研究[J]. 李如春,征琦,林宇俊.  压电与声光. 2014(05)
[5]MEMS压电阵列振动能量收集器[J]. 佘引,温志渝,赵兴强,邓丽城,尚正国.  传感技术学报. 2014(08)
[6]蒲公英状压电振动能量收集装置宽频带设计[J]. 刘祥建,陈仁文,侯志伟.  光学精密工程. 2014(07)
[7]基于压电效应的时均流能量收集研究进展[J]. 陈海俊,徐雅,孙大明,邹江,赵旭.  低温工程. 2013(01)
[8]一种基于梯形压电悬臂梁的能量采集器研究[J]. 何挺,马剑强,刘莹,李保庆,褚家如.  压电与声光. 2012(06)
[9]基于压电材料的振动能量回收技术现状综述[J]. 边义祥,杨成华.  压电与声光. 2011(04)
[10]微型压电能量采集器的仿真、制造与测试[J]. 孙健,李以贵,刘景全,杨春生,何丹农.  压电与声光. 2010(06)

博士论文
[1]双稳态压电振动发电机关键技术研究[D]. 毛新华.华北电力大学(北京) 2016



本文编号：3465502