一种质量块-弹簧自参数共振压电俘能器研究

发布时间：2021-01-26 00:47

　　该文提出了一种在压电梁与末端质量块之间加装一个弹簧的二自由度压电俘能器。利用扩展哈密顿原理建立了俘能器的机电耦合方程。仿真结果表明,当压电梁不屈曲时,压电梁子系统与质量块-弹簧子系统之间的运动相互影响,弹簧刚度、质量块的质量对俘能器的俘能性能有重要影响。当质量块-弹簧子系统的固有频率为压电梁子系统的固有频率2倍时,系统为自参数共振系统,此时的激励阈值为最小,且俘能带宽也会增大。 

【文章来源】：压电与声光. 2020,42(05)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

质量块-弹簧压电俘能器的结构

由表1中的系统参数和几何尺寸及式(12)～(14)可得到系统的平衡点和压电梁的f1随m0的变化规律,如图2所示。由图2可知,Mc≈0.033 kg。当m0<Mc时,只有1个平衡点;当m0>Mc时,系统有3个平衡点,其中2个为稳定平衡点,用实线表示,一个为不稳定平衡点,用虚线表示(见图2(a));当m0<Mc时,随着m0的增加f1减小;当m0>Mc时,随着m0的增加f1增大(见图2(b))。

图3为有、无弹簧时Vrms和压电梁的位移随着激励幅值(A)变化的关系曲线。由图可知,无论是否有弹簧,该系统都存在一个激励阈值,只有A大于激励阈值时,压电梁才会发生参数共振。有弹簧时激励阈值为0.5 m/s2,无弹簧时激励阈值为4.2 m/s2。由此可知,在质量块与压电梁之间加装弹簧能够大幅降低俘能器的激励阈值。为了进一步分析质量块-弹簧的直接共振与梁的参数共振,取A=0.3 m/s2<0.5 m/s2,梁的初始位移取5 mm,作出质量块和压电梁时域图,如图4所示。


本文编号：3000185