压电简支梁纵振式管道气流俘能器研究

发布时间：2023-03-22 23:06

　　为满足管道流体监测系统的自供电需求,针对流速/向恒定、空间有限的管道流环境下压电振子的有效激励问题,提出一种压电简支梁纵振式管道气流俘能器,从理论及试验两方面对其发电特性进行了研究,具体研究内容如下:1.压电振子是俘能器的关键功能部件,直接影响到俘能器的发电性能。根据压电学及材料力学理论,建立了简支梁压电振子的COMSOL有限元模型,研究了基板长度、宽度及厚度比(基板厚度与总厚度之比)、附加质量和外部载荷(静载荷及激振力)等因素对其表面应力、固有频率及发电性能(输出电压及功率)的影响规律,结果表明:压电晶片上的最大应力随基板长度增加呈线性增加,随宽度和厚度比增加而减小;固有频率随基板长度和附加质量增加而减小,随宽度、厚度比和静载荷增大而增大;应保证压电振子工作在一阶振型下,激振力一定时采用较小的厚度比并进行负载及固有频率匹配,可实现最大功率输出。2.根据涡激振动理论,阐述了俘能器纵向振动发电的工作原理,建立了扰流板涡激力的COMSOL有限元模型,通过反作用力算子提取了升/曳力系数(CL和CD)并给出了影响涡激力幅频特性的关键因素,获得了升/曳力系数频率、均值和幅值的变化规律;基于莫里森...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 引言
    1.2 尾流扰动式压电俘能器的研究现状
    1.3 涡激振动式压电俘能器的研究现状
    1.4 驰振式压电俘能器的研究现状
    1.5 本文主要研究内容
第2章 简支梁压电振子的有限元仿真
    2.1 压电振子有限元模型建立
    2.2 压电振子的静力学特性及其影响因素
    2.3 压电振子的固有频率及其影响因素
    2.4 压电振子的发电特性及其影响因素
    2.5 本章小结
第3章 压电管道气流俘能器的建模与分析
    3.1 俘能器的结构及工作原理分析
    3.2 涡激力的有限元建模与仿真
    3.3 俘能器的动力学模型建立与仿真
    3.4 本章小结
第4章 压电管道气流俘能器的试验与分析
    4.1 试验系统与测试方案
    4.2 俘能器的电压特性及其影响因素分析
    4.3 俘能器的功率特性及其影响因素分析
    4.4 本章小结
第5章 结论与展望
参考文献
攻读学位期间取得的研究成果
致谢



本文编号：3767770