三稳态驰振能量捕获器动力学特性研究

发布时间：2023-03-31 22:12

　　随着资源枯竭的日益严峻以及微电原件的发展,寻找一种清洁能源为其供电成为现在的研究热门。自然界中有着丰富的水资源没到流体通过钝体时,会在其尾部产生涡旋诱发钝体产生振动,驰振是一种常见的流致振动现象,且分为横流驰振与尾流驰振两种常见的振动。目前已有将驰振能量收集利用的先例,其中以悬臂梁-压电片耦合方式居多,但其大多为单稳态和双稳态悬臂梁系统,其起振流速大,能量利用效率较低,本文从提高驰振能量捕获器的发电效率出发,引入磁铁-悬臂梁耦合三稳态系统,提出了一种三稳态横流驰振能量捕获器与三稳态尾流驰振能量捕获器,并研究了三稳态系统变化对其发电性能的影响,主要研究工作如下:简化三稳态横流驰振模型并进行动力学建模,对其进行归一化处理。通过静态分岔分析论证了三稳态系统平衡点的稳定性;研究通过改变三稳态系统参数,得到其存在区域以及参数取值的临界范围,并对其存在区域进行了三种阱深情况的划分;研究了三稳态系统参数变化对平衡点的影响,在固定β值的情况下,得到μ值变化与γ值变化对平衡点影响的变化趋势。对比了双稳态系统与三稳态系统的特性,并研究了两种系统对横流驰振振幅特性与发电特性的影响,得到了三稳态系统平衡点较宽...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 压电俘能研究现状
        1.2.2 流致振动研究现状
        1.2.3 流致振动俘能研究现状
    1.3 本文主要工作
2 三稳态横流驰振能量捕获系统建模
    2.1 三稳态驰振能量捕获系统的结构模型
    2.2 三稳态驰振能量捕获系统的数学模型
        2.2.1 力学模型及外部电路
        2.2.2 三稳态非线性恢复力的计算
        2.2.3 机电耦合力的计算
        2.2.4 归一化处理
        2.2.5 平均功率
    2.3 平衡点的静态分岔分析
    2.4 系统参数对势能函数的影响
        2.4.1 三稳态势能函参数取值范围研究
        2.4.2 三稳态势能函参数对势阱深度的影响
        2.4.3 三稳态势能函参数对平衡点的影响
    2.5 本章小结
3 三稳态系统变化对横流驰振能量捕获器的响应研究
    3.1 双稳态系统与三稳态系统对比
    3.2 三稳态系统势能函数对能量收集系统的影响
        3.2.1 三稳态势能函数参数μ对系统的影响
        3.2.2 三稳态势能函数参数γ对系统的影响
        3.2.3 等平衡点不同势阱深度对系统的影响
        3.2.4 等势阱深度不同平衡点对系统的影响
    3.3 本章小结
4 三稳态系统变化对尾流驰振系统的响应研究
    4.1 三稳态尾流驰振能量捕获系统的结构模型
    4.2 三稳态尾流驰振能量捕获系统的数学模型
        4.2.1 力学模型及外部电路
        4.2.2 归一化处理
        4.2.3 平均功率
    4.3 三稳态尾流驰振能量捕获系统的发电性能分析
        4.3.1 尾流驰振与横流驰振发电性能的对比分析
        4.3.2 等平衡点不同阱深对尾流驰振系统的影响
        4.3.3 等势阱深度不同平衡点对尾流驰振系统的影响
    4.4 本章小结
5 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3775884