L型压电悬臂梁结构的发电特性与非线性动力学研究

发布时间：2021-12-30 18:53

　　近年来,随着微电子技术和无线技术的发展,手持型电子设备和无线传感器进入了小型、低功耗化的时代,传统电池已不再适用这些设备的需要,这就需要探索高效的自供电系统。而振动能是环境中最普通的一种能源,环境中的振动无处不在,对其采集加以利用显得尤为重要。其中基于压电效应的振动能源采集技术作为新能源领域的一大亮点近年来备受关注。压电振动能量采集器具有结构简单、能量密度高、寿命长等优点,在自供电系统中有着较为广阔的应用前景。本课题以L型悬臂梁结构压电能源采集器为研究对象,分析其发电效应与非线性动力学特性。本文研究对象为L型压电悬臂梁结构,将L型压电悬臂梁与端部带有质量块的直梁结构的发电能力进行对比,分析其发电优势;研究各参数对L型压电悬臂梁发电能力的影响;进一步对L型压电悬臂梁进行结构优化,最终得到双稳态倒置L型压电悬臂梁结构。分析各因素对双稳态倒置L型压电悬臂梁的发电性能的影响。对比研究双稳态倒置L型压电悬臂梁与传统双稳态直梁结构的发电效应与动力学响应,分析双稳态倒置L型梁的发电优势。进一步对双稳态倒置L型梁的非线性动力学进行了实验研究。推导双稳态倒置L型压电悬臂梁的动力学方程,进行数值分析,研究... 

【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校

【文章页数】：142 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 引言
        1.1.1 压电能量采集器
        1.1.2 压电发电原理
        1.1.3 压电材料
    1.2 研究意义
    1.3 课题的国内外研究现状
        1.3.1 压电悬臂梁的理论研究现状
        1.3.2 压电悬臂梁的实验研究现状
        1.3.3 L型压电悬臂梁的研究现状
        1.3.4 其他压电能量采集结构的研究现状
        1.3.5 文献总结
    1.4 课题主要内容
        1.4.1 课题来源
        1.4.2 课题研究内容
第2章 L型压电梁及其优化结构的发电特性
    2.1 引言
    2.2 实验介绍
        2.2.1 实验原理与设备
        2.2.2 实验材料和夹具介绍
    2.3 L型压电梁发电性能的研究
        2.3.1 L型梁与末端带有质量块的压电悬臂梁发电性能的对比
        2.3.2 不同尺寸对L梁发电性能的影响
        2.3.3 PZT不同铺设长度和铺设位置对L梁发电性能的影响
        2.3.4 外激励幅值及外接负载对L梁发电性能的影响
        2.3.5 不同放置方式对L梁发电性能的影响
    2.4 L型压电梁及其优化结构发电性能的比较
    2.5 双稳态倒置L型压电梁发电性能的研究
        2.5.1 不同磁间距对双稳态倒置L型梁发电性能的影响
        2.5.2 不同外激励幅值对双稳态倒置L型梁发电性能的影响
        2.5.3 不同外接负载对双稳态倒置L型梁发电性能的影响
        2.5.4 双稳态倒置L型梁输出电压的正逆扫频对比实验
    2.6 本章小结
第3章 两种双稳态梁结构发电特性与非线性动力学对比实验研究
    3.1 引言
    3.2 磁斥力双稳态的势能分析
    3.3 两种双稳态结构发电性能的实验研究
        3.3.1 不同磁间距对两种双稳态结构发电的影响
        3.3.2 两种双稳态结构发电性能的对比研究
    3.4 两种双稳态结构动力学特性的对比实验研究
    3.5 本章小结
第4章 双稳态倒置L型梁非线性动力学行为及电学行为的实验研究
    4.1 引言
    4.2 双稳态倒置L型梁的双稳态特性
    4.3 双稳态倒置L型梁的刚度特性
    4.4 双稳态倒置L型梁的周期运动和混沌运动实验结果
        4.4.1 磁间距对双稳态倒置L型梁振动特性的影响
        4.4.2 外激励幅值对双稳态倒置L型梁振动特性的影响
    4.5 动力学与电学行为之间的关系及正逆扫频对振动特性的影响
    4.6 不同因素对混沌运动的影响
        4.6.1 磁间距对双稳态倒置L型梁混沌运动的影响
        4.6.2 外激励幅值对双稳态倒置L型梁混沌运动的影响
    4.7 本章小结
第5章 双稳态倒置L型梁动力学模型的建立及其数值分析
    5.1 引言
    5.2 动力学方程的建立
    5.3 外激励频率对系统动力学与电学响应的影响
    5.4 外激励幅值对系统动力学与电学响应的影响
    5.5 本章小结
结论
参考文献
附录A
攻读硕士学位期间所取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]L型压电振动能量采集器的有限元分析与特性仿真[J]. 张伟,陆跃明,王光庆.  材料科学与工程学报. 2016(06)
[2]非线性压电-电磁复合式俘能器的结构设计[J]. 武丽森,刘海鹏,张广义.  压电与声光. 2016(04)
[3]带碰撞双稳态压电俘能系统的俘能特性研究[J]. 蓝春波,秦卫阳.  物理学报. 2015(21)
[4]一种非线性双稳态人体运动能量俘获技术[J]. 王伟,曹军义,林京,周生喜,蔡云龙.  西安交通大学学报. 2015(08)
[5]多频响应的压电振动能量采集器的性能分析与测试[J]. 喻其炳,朱荣荣,李川.  中国机械工程. 2014(15)
[6]双稳态压电悬臂梁发电系统的动力学建模及分析[J]. 孙舒,曹树谦.  物理学报. 2012(21)
[7]Vibration control of the finite L-shaped beam structures based on the active and reactive power flow[J]. LIU ChunChuan1,LI FengMing1,TANG Liang2 & HUANG WenHu1 1 P.O.Box 137,School of Astronautics,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;2 P.O.Box 2729,National Laboratory of Space Intelligent Control,Beijing Institute of Control Engineering,Beijing 100190,China.  Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2011(02)
[8]Rainbow型压电单膜片换能结构负载电压和输出功率分析[J]. 刘祥建,陈仁文.  航空学报. 2011(03)

硕士论文
[1]双层悬臂梁压电能量采集器特性研究[D]. 邓勇.上海交通大学 2011
[2]基于压电材料的多方向振动能量收集系统的研究[D]. 李彬.南京航空航天大学 2009



本文编号：3558784