三稳态压电振动能量采集器的动力学建模、仿真与实验研究

发布时间：2024-06-07 05:47

　　为探究磁-机-压电耦合型三稳态压电能量采集器的非线性动力学行为,利用磁偶极子点荷方法计算得到了能量采集器末端受到的非线性磁力,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立了三稳态压电振动能量采集器的分布参数机电耦合动力学模型,仿真分析了系统参数(d、d_g)对能量采集器的势能、磁力以及非线性动力学输出特性的影响。研制了磁-机-压电耦合型三稳态振动能量采集器原理样机,搭建了样机实验平台,实验验证了理论模型与仿真结果的正确性。研究结果表明:适当调整d和d_g可使压电振动能量采集器分别作单稳态、双稳态和三稳态运动,其中三稳态运动存在3个势能阱,势能阱的深度和宽度均小于双稳态压电振动能量采集器的势能阱深度和宽度,这有利于提升振动能量采集器的工作频带和采集输出效率。

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【部分图文】：

图1所示为研究的磁-机-压电耦合型三稳态压电振动能量采集器结构,它主要由压电双晶片悬臂梁和3个磁铁构成,压电双晶片悬臂梁一端固定在基座左侧面板上,另一端连接于磁体A(称为末端磁铁);两片尺寸和材料特性相同的压电陶瓷片分别粘结在悬臂梁基板根部的上、下表面,两压电陶瓷片的极化方向相反....

UBA=μ04π[mB∥rBA∥23-(mB?rBA)?3rBA∥rBA∥25]?mA(9)由图2可知,

图3是d=25mm、dg分别为0mm、10mm、17mm、20mm、30mm、100mm时能量采集器的势能和磁力仿真结果。由图3(a)所示结果可知,在保持d不变的前提下,随着dg的逐渐增大,采集器依次经历双稳态、三稳态和单稳态3种运动状态。在dg=0mm时,两个外....

图4d对系统势能和磁力的影响图4所示是dg=17mm、d分别为15mm、20mm、30mm、35mm、50mm时能量采集器的势能和磁力仿真结果。由图所示结果可知,随着d的逐渐减小,采集器直接从单稳态运动状态跳转到三稳态运动状态,其势能曲线也逐渐从单势能阱变成三势能阱....

本文编号：3990874