微型双稳态板压电俘能器的设计及其仿真研究

发布时间：2023-04-20 02:00

　　压电俘能器是利用压电效应俘获环境中的振动能量并将其转化为电能的设备。随着新能源技术、大数据、人工智能、微机电系统等高新技术的应用和普及,易加工、无污染、结构简单的微型压电俘能器受到了学者们的普遍关注。双稳态压电俘能器是以双稳态压电板模型为基础制造而成的俘能器设备,利用双稳态压电板独一无二的非线性特性,可以提高压电俘能器的俘能效率和俘能频宽,使它成为目前新型发电中的一个研究热点。主要针对中间固定、四边自由的双稳态压电俘能器,利用ABAQUS的UEL自定义微-压电单元,引入Aifantis的应变梯度理论并提出了微型双稳态压电俘能器的仿真分析方法,分别分析了其宏观和微观结构的固有频率和输出电压,并利用有限元动态分析方法研究了双稳态压电板的非线性行为对其工作频率和俘能特性的影响。研究内容主要有以下几个方面。(1)设计宏观双稳态板压电俘能器的仿真模型,用有限元仿真的方法研究其各项特性,根据仿真结果对其进行优化,以得到输出电压最高、俘能效率最高的结构。基于宏观的双稳态板压电俘能器的结构模型,其核心部件由基板、压电层、质量块以及电极组成,首先考察压电层面积、温度变化和质量块对系统固有频率的影响;接着...

【文章页数】：73 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 压电材料的研究现状
    1.3 双稳态压电俘能器的研究现状
    1.4 微型压电俘能器的研究现状
    1.5 有限元法及其在压电俘能器中的应用
        1.5.1 有限元法
        1.5.2 有限元法在压电俘能器中的应用
    1.6 本章小结
    1.7 课题主要内容
        1.7.1 课题来源
        1.7.2 课题主要内容
        1.7.3 论文的内容安排
第2章 宏观双稳态板压电俘能器的设计和仿真
    2.1 引言
    2.2 双稳态板压电俘能器的系统模型
    2.3 结构固有频率的研究
        2.3.1 温度对结构固有频率的影响
        2.3.2 质量块对结构固有频率的影响
    2.4 输出电压的研究
        2.4.1 压电层铺设方式对输出电压的影响
        2.4.2 压电层铺设面积对结构开路电压的影响
    2.5 本章小结
第3章 宏观双稳态板压电俘能器的仿真和实验对比
    3.1 引言
    3.2 宏观双稳态板的仿真分析
        3.2.1 宏观双稳态板的有限元模型
        3.2.2 边界条件和接触
        3.2.3 仿真分析结果及讨论
    3.3 实验介绍
        3.3.1 实验原理和设备
        3.3.2 实验材料介绍
        3.3.3 实验夹紧装置的设计
        3.3.4 实验结果及分析
    3.4 仿真结果与实验的对比及讨论
    3.5 本章小结
第4章 基于应变梯度理论的自定义微-压电单元
    4.1 引言
    4.2 ABAQUS用户子程序
        4.2.1 ABAQUS的脚本语言接口
        4.2.2 ABAQUS的用户子程序接口
        4.2.3 ABAQUS用户子程序的开发环境
        4.2.4 UEL子程序的编写和运行
        4.2.5 input输入文件的编写
    4.3 考虑应变梯度理论的本构关系
        4.3.1 经典弹塑性理论本构关系
        4.3.2 Aifantis的应变梯度理论
    4.4 应变梯度理论的有限元实现
    4.5 微-压电单元的开发和运用
    4.6 数值算例验证
    4.7 本章小结
第5章 微型双稳态压电俘能器的仿真研究
    5.1 引言
    5.2 微型压电俘能器的模型
    5.3 俘能效率分析
        5.3.1 俘能特性分析
        5.3.2 非线性频宽
    5.4 多态现象
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的学术论文
致谢



本文编号：3794656