基于耦合振荡器模型压电式能量收集器研究

发布时间：2023-05-14 04:51

　　压电式能量收集器能够替代电池为各类微小型器件提供能量,因其具有输出功率可观和输出电压高的优点而有着广阔的发展前景。本文针对振动频率为5 Hz²5 Hz的汽车振动能量收集问题提出了一种新型压电式能量收集器模型,并完成理论分析、有限元仿真和实验测试等相关研究。全文工作总结如下:首先,利用机械振动理论对单悬臂梁压电式能量收集器进行分析;在此基础上,通过软弹簧连接两个单悬臂梁压电式能量收集器,构成耦合振荡器。分析结果表明,耦合振荡器模型中各个振荡器具有更宽的工作频段。基于耦合振荡器模型,设计了一种包含两个振荡器(振荡器1和振荡器2)的压电式能量收集器结构,并确定各部件的材料参数和几何参数。其次,利用ANSYS仿真软件对设计的压电式能量收集器进行结构静力学分析、模态分析、瞬态响应分析和谐响应分析。结构静力学分析计算了能量收集器在静止状态下产生的应变和应力。模态分析研究了压电式能量收集器每个振荡器的固有频率以及对应振型。瞬态响应分析比较了能量收集器在不同外界激励下的输出性能。谐响应分析得到了能量收集器输出性能的频率响应,据此进一步探讨了能量收集器在耦合作用下工作频段的变化,为...

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 机械能能量收集简介
    1.2 压电式能量收集器
        1.2.1 压电材料
        1.2.2 压电式能量收集器的电极模式
        1.2.3 压电式能量收集器的结构
    1.3 研究意义及目的
    1.4 论文的主要研究内容
第二章 压电式能量收集器结构设计
    2.1 压电方程
    2.2 压电式能量收集器模型理论分析
        2.2.1 单悬臂梁压电式能量收集器理论分析
        2.2.2 耦合振荡器理论分析
    2.3 基于耦合振荡器模型的压电式能量收集器设计
        2.3.1 模型结构设计
        2.3.2 能量收集实现过程
        2.3.3 能量收集器材料的选取
    2.4 本章小结
第三章 压电式能量收集器的有限元仿真
    3.1 有限元仿真前处理
        3.1.1 定义材料属性
        3.1.2 网格划分方法
    3.2 结构静力学分析
    3.3 模态分析
    3.4 瞬态响应分析
        3.4.1 仿真环境设置
        3.4.2 仿真结果分析
    3.5 谐响应分析
        3.5.1 仿真环境设置
        3.5.2 仿真结果分析
    3.6 本章小结
第四章 压电式能量收集器的制作和测试
    4.1 压电式能量收集器的制作
        4.1.1 簧片的制作
        4.1.2 支架的制作
        4.1.3 整体样机的制作
    4.2 环境振动模拟平台搭建
        4.2.1 功能需求分析
        4.2.2 平台搭建
    4.3 实验结果及分析
        4.3.1 实验流程
        4.3.2 实验结果记录及分析
        4.3.3 误差分析
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3817219