多稳态压电振动能量采集器的动力学模型及其特性分析

论文摘要

提出了一种双线性弹性元件耦合的多稳态压电振动能量采集器,利用线性弹性元件的大变形引起采集器结构几何构型的变化,使采集器产生单稳态、双稳态和三稳态等非线性振动特性,达到提高能量采集器输出性能的目的。建立了双线性弹性元件耦合压电振动能量采集器的非线性恢复力模型,基于该模型,利用Rayleigh-Ritz模态分析法和能量守恒原理建立了能量采集器的集总参数机电耦合动力学模型,通过对动力学模型无量纲化处理后,仿真分析了系统参数对能量采集器的静力学特性（如非线性恢复力、势能、静态平衡点及其分岔）和动力学特性（振动位移、速度、相图、采集电压等）的影响。有限元计算结果验证了该仿真分析结果的正确性。研究结果表明:系统参数α=β≠0时能量采集器表现出光滑连续的单稳态、双稳态和三稳态等动力学特性,其中双稳态和三稳态振动时的能量采集输出功率比线性能量采集器高。

论文目录

• 1 概述
• 2 多稳态压电振动能量采集器结构
• 3 能量采集器结构动力学建模
•   3.1 弹簧耦合非线性恢复力模型
•   3.2 系统集总参数动力学模型
• 4 能量采集器静态特性仿真分析
•   4.1 非线性恢复力特性分析
•   4.2 能量采集器势能特性分析
•   4.3 能量采集器静态平衡点分岔特性分析
• 5 能量采集器动力学特性仿真分析
•   5.1 α=β=0.4时性能仿真分析
•   5.2 α=β=0.2时性能仿真分析
•   5.3 α=β=2时性能仿真分析
• 6 实例验证与对比分析
• 7 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 王光庆,崔素娟,武海强,王学保,李秀玲

关键词: 振动能量采集器,非线性振动,线性弹性元件耦合,机电耦合模型,数值仿真

来源: 振动工程学报 2019年02期

年度: 2019

分类: 工程科技Ⅱ辑

专业: 电力工业

单位: 浙江工商大学信息与电子工程学院

基金: 国家自然科学基金资助项目(51777192,51277165),浙江省自然科学基金资助项目(LY15F010001)

分类号: TM619

DOI: 10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2019.02.008

页码: 252-263

总页数: 12

文件大小: 2141K

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