附磁压电悬臂梁流致振动俘能特性分析

论文摘要

流致振动蕴含巨大的能量,本文基于流致振动理论,设计了一种附加磁力激励的压电悬臂梁流致振动俘能器,并通过理论和实验研究其振动俘能特性.该俘能器由压电悬臂梁、圆柱绕流体和磁铁组成;首先基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了流致振动附磁压电俘能器的能量函数,利用Hamilton原理建立了流致振动附磁压电俘能器的机电耦合方程;利用数值方法研究详细分析了流速、圆柱绕流体直径和长度、磁间距、磁极和外接电阻等系统参数对压电俘能器振动特性和输出电压的影响.分析结果表明,该型压电俘能器的振动幅值在低流速条件下产生涡激振动,并产生最大的输出电压;磁力可以降低压电俘能器的共振频率并能够拓宽压电俘能器频带带宽,因此,附磁压电俘能器具有相比没有附磁的压电俘能器更适用于低速层流环境;实验结果与数值结果吻合较好,验证了附磁压电悬臂梁流致振动俘能器的理论分析的正确性.

论文目录

• 引言
• 1 结构模型和基本假设
• 2 理论模型
•   2.1 分布参数机电耦合能量函数描述
•     2.1.1 系统动能
•     2.1.2 系统内势能
•     2.1.3 系统电势能
•     2.1.4 系统虚功
•   2.2 压电俘能器动力学方程
• 3 数值分析
• 4 实验研究
• 5 结论

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 曹东兴,马鸿博,张伟

关键词: 振动能量采集,流致振动,圆柱绕流,压电悬臂梁,磁力

来源: 力学学报 2019年04期

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 电力工业

单位: 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院,机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室

基金: 国家自然科学基金项目(11672008),国家自然科学基金重点项目(11832002)资助

分类号: TM619

页码: 1148-1155

总页数: 8

文件大小: 3753K

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