检索结果-内蒙古大学图书馆

光学精密工程 2015年第2期23卷 497-503页

作者：王淑云张肖逸阚君武张忠华于丽程光明浙江师范大学精密机械研究所浙江金华321004

为实现低频/宽频带/高强度振动能量回收及基于能量回收的主动振动控制,提出了一种气体耦合式振动俘能器。介绍了俘能器的系统构成原理,对其能量回收特性进行了理论与试验研究。理论分析结果表明,俘能器的发电能力及特性是由环境振动强... 详细信息

为实现低频/宽频带/高强度振动能量回收及基于能量回收的主动振动控制,提出了一种气体耦合式振动俘能器。介绍了俘能器的系统构成原理,对其能量回收特性进行了理论与试验研究。理论分析结果表明,俘能器的发电能力及特性是由环境振动强度、气缸/压电振子的结构与性能参数、系统质量/背压等多种要素共同决定的;其它条件确定时,存在使电压最大的最佳频率以及使俘能器工作与否的最低临界频率;增加背压/质量可不同程度地提高俘能器的输出电压和有效带宽、降低临界频率,但对最佳频率无明显影响。采用Ф60×0.9mm3双晶压电振子及Ф16×100mm3气缸制作了样机,测试了不同背压及质量时俘能器的电压-频率特性。结果表明,俘能器最佳/临界频率、最大输出电压及有效带宽等与背压/质量关系均与理论分析结果相吻合。不同条件下所测得的最佳频率均为55Hz左右;背压0.4 MPa、质量10kg时所获得临界频率/最大输出电压/对应25V输出电压有效带宽为9Hz/88V/72Hz,分别为质量2.5kg时的0.36倍、2倍和2.2倍。

关键词：压电振动俘能器气体耦合振动能量回收发电

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流体耦合式压电振动俘能器的设计与试验研究

流体耦合式压电振动俘能器的设计与试验研究

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作者：徐海龙浙江师范大学

学位级别：硕士

为保证微功率电子产品连续供电需求,利用压电材料的压电发电技术成为目前研究的热点领域。考虑到传统的液压传动具有低噪音、无冲击、高能量密度等优势,本论文将流体引入压电式的振动能量回收系统中,提出利用流体传递运动与动力,利用压... 详细信息

为保证微功率电子产品连续供电需求,利用压电材料的压电发电技术成为目前研究的热点领域。考虑到传统的液压传动具有低噪音、无冲击、高能量密度等优势,本论文将流体引入压电式的振动能量回收系统中,提出利用流体传递运动与动力,利用压电流体耦合作用来回收振动能量的压电振动俘能器,通过系统建模、理论仿真分析、设计加工和试验测试等方法对该俘能器的发电性能进行研究。本文的主要研究内容如下： 1、研究压电振动俘能器的提出的背景、意义,并对其所涉及的压电式振动发电技术,运用压电技术的振动控制器,以及基于压电的流能式能量回收等国内外研究现状进行分析和总结。 2、圆形双晶压电振子是压电振动俘能器发电的核心部件,确定其工作时的夹持方式及振动模态,分析了圆形双晶压电振子在简支边界条件受均布载荷作用下的变形曲线,建立圆形双晶压电振子发电理论模型,运用数值仿真分析的方法为试验用圆形双晶压电振子进行结构参数优化。 3、介绍流体耦合式压电振动俘能器的结构及原理,根据振动力学、流体力学及压电学等相关知识建立了俘能器系统的理论模型,并利用该模型推导出其电压及电能表达式；讨论各因素对俘能器的发电性能作仿真分析,选取外部激励的振幅、系统背压和质量块质量等因素,在频率域内得到其发电电压的频率曲线图,分析各因素对俘能器发电的影响规律；并研究了系统背压与质量块质量对俘能器最佳俘能点的影响。 4、为验证俘能器回收振动能量的可行性及所建立理论模型的合理性,根据所提出的俘能器结构与原理图对系统的部件进行设计与加工,设计制造出压电振动俘能器,并搭建合理的测试系统开展俘能器的发电试验研究;测试了激励频率、激励振幅、系统背压、质量块质量等条件对俘能器的发电性能影响规律,试验结果验证了理论及仿真分析结果的正确性。

关键词：压电流体耦合圆形压电振子振动能量回收压电振动俘能器

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流致振动横向附磁压电振动俘能器俘能特性研究

流致振动横向附磁压电振动俘能器俘能特性研究

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北京力学会第二十五届学术年会

作者：马鸿博曹东兴张伟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

水能是一种清洁的可再生能源。本文利用圆柱绕流振动原理,提出一种新型附磁压电振动俘能器结构。基于压电材料的压电效应,压电振动俘能器在低速水流流速下产生涡激共振,产生较大的位移,有较大的输出电压。首先基于Euler–Bernoulli梁假... 详细信息

水能是一种清洁的可再生能源。本文利用圆柱绕流振动原理,提出一种新型附磁压电振动俘能器结构。基于压电材料的压电效应,压电振动俘能器在低速水流流速下产生涡激共振,产生较大的位移,有较大的输出电压。首先基于Euler–Bernoulli梁假设,得到压电振动俘能器空间能量函数,运用Hamilton原理推导了流致振动横向附磁压电振动俘能器的机电耦合控制方程;通过数值方法和实验研究分析了流场参数、圆柱绕流体参数、磁间距和外接电阻对附磁压电俘能器振动特性和输出电压的影响,结果表明附磁压电俘能器涡激共振流速下,振动幅值在达到最大值,产生最大的输出电压;相斥磁极布臵比无磁结构和相吸磁极布臵具有更低的共振流速,更适合在低速层流环境下俘能发电。

关键词：压电振动俘能器涡激共振流致振动输出电压

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低流速水域流致振动压电俘能器仿真优化与实验研究

低流速水域流致振动压电俘能器仿真优化与实验研究

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作者：丁相栋北京工业大学

学位级别：硕士

随着无线传感器、便携式电子器件等基于微机电系统的低功耗电子元器件的广泛应用,基于电池的传统供电方式存在着明显的弊端,压电振动俘能器基于压电材料的正压电效应将环境中的振动能转换为电能。目前,国内外学者正在研究能够为低功耗... 详细信息

随着无线传感器、便携式电子器件等基于微机电系统的低功耗电子元器件的广泛应用,基于电池的传统供电方式存在着明显的弊端,压电振动俘能器基于压电材料的正压电效应将环境中的振动能转换为电能。目前,国内外学者正在研究能够为低功耗电子元器件提供无源供电技术的振动俘能技术。环境中的振动能包括机械能、风动能和水动能等形式,其中水动能作为一种较有优势的动力源,主要以低流速状态分布在平原河流和海洋洋流中,具有能量密度大、分布广泛而且绿色可持续利用等优点。研究低流速水域中的流致振动压电俘能技术具有重要的研究意义,它可为流体中的相关智能检测与监测设备提供无源供电技术,而如何提高压电俘能器在低流速水域中的能量转换效率和环境适应性,是流致振动压电俘能器研究的关键所在。根据流致振动原理和压电俘能器的研究基础,本文提出一种适合于低流速水域的变刚度压电悬臂梁振动俘能器。该俘能器基于绕流体涡激振动原理和压电效应采集电能,主要由一个变宽度压电悬臂梁和绕流体组成,同时引入磁力对绕流体进行激励,以提升结构的涡激振动响应。论文主要利用有限元仿真和实验相结合的方法分析变宽度压电悬臂梁振动俘能器的振动俘能特性,通过实验研究磁力对压电俘能器的振动和俘能特性的影响规律,最终确定最优的附磁发电结构接入电阻,测试其发电性能。论文的研究内容主要包括以下三个部分。(1)压电俘能器流-固-电耦合特性仿真分析:结构受到流场激力作用产生振动,结构的振动又会影响流场的流速分布、压力分布等。该部分内容主要利用有限元仿真分析流场和结构的流致振动响应,包括流场参数分布情况和俘能器在不同流速中的法向位移、变形、应变、输出电压以及电场强度的变化规律。(2)压电俘能器结构参数优化分析:对压电悬臂梁和圆柱绕流体的结构参数进行实验优化分析,搭建流致振动压电俘能器的水下实验平台,设计加工压电俘能器的样机模型,通过实验分析基层和压电层长度以及圆柱绕流体质量、直径、长度对俘能器振动和俘能特性的影响。得出在一定流速条件下发电效果最优的结构参数,并加以整合,组成最优发电效果的俘能器结构,并在后续的研究中采用此结构参数。对变宽度压电悬臂梁的形状进行优化研究,利用有限元仿真和实验研究相结合的方法分析不同的宽度比对变宽度压电悬臂梁振动俘能器的振动和俘能特性的影响规律,得出发电效果最优的变宽度压电悬臂梁结构。(3)附磁型压电俘能器实验研究:设计加工附磁型压电俘能器的样机模型,分别分析横向附磁和纵向附磁的磁场参数对等宽度压电悬臂梁振动俘能器振动俘能特性的影响规律,磁场参数包括磁极和磁间距。并选择合适的磁间距,分析横纵双向附磁的磁极极性对等宽度压电悬臂梁振动俘能器振动俘能特性的影响,分析横斥纵吸附磁变宽度压电悬臂梁振动俘能器的最优发电特性,选择最优附磁发电结构接入电阻,测试其发电性能,并与其他俘能器结构作对比,突出其发电效果的优越性。

关键词：压电振动俘能器涡激振动变宽度压电悬臂梁流-固-电耦合磁力增强

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轴向功能梯度悬臂梁动力学特性分析及应用

轴向功能梯度悬臂梁动力学特性分析及应用

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作者：王斌北京工业大学

学位级别：硕士

功能梯度材料是两种或两种以上材料复合而成且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料,由于航天航空领域对材料的要求,能够克服在极限工况下反复地正常工作,而发展起来的一种功能梯度材料。对于功能梯度梁结构而言,其组分可沿厚度... 详细信息

功能梯度材料是两种或两种以上材料复合而成且成分和结构呈连续梯度变化的一种新型复合材料,由于航天航空领域对材料的要求,能够克服在极限工况下反复地正常工作,而发展起来的一种功能梯度材料。对于功能梯度梁结构而言,其组分可沿厚度和轴线方向梯度变化,目前对横向梯度变化的功能梯度梁的动力学特性研究较多,而对轴向梯度变化的功能梯度梁的动力学研究较少,这是由于其动力学方程是变系数偏微分方程,目前存在的理论解析方法较少,大部分研究人员都采用数值或有限元方法进行分析。本论文提出利用Meijer-G函数和Adomian分解法求解轴向功能梯度梁的固有频率,得到了精确的固有频率和振型,将两种分析方法的求解结果进行对比,并与有限元仿真结果进行比较,验证了理论结果的准确性,还利用多尺度法分析了功能梯度悬臂梁的非线性动力学响应。论文研究主要内容如下:(1)基于MeijerG函数轴向功能梯度悬臂梁的自由振动特性研究。考虑功能梯度悬臂梁材料属性沿轴线方向呈线性形式变化,利用欧拉-伯努利梁理论建立系统的动力学方程并进行无量纲化处理;利用MeijerG函数一般表达式和微分性质,求解轴向功能梯度悬臂梁的固有频率和振型表达式,通过数值仿真分析了不同功能梯度参数对固有频率的影响,利用有限元仿真验证了固有频率的准确性。(2)基于Adomian分解法轴向功能梯度悬臂梁的自由振动特性研究。考虑功能梯度悬臂梁材料沿轴线方向呈指数形式变化,利用Adomian分解法推导出系统的固有频率和振型表达式,通过数值计算得到近似精确固有频率和振型,利用有限元仿真结果验证了解析结果的准确性,进一步考虑功能梯度悬臂梁材料沿轴线方向呈线性形式变化,利用Adomian分解法求解了系统的固有频率并与MeijerG函数求解结果以及有限元结果进行对比,相互验证了求解结果的准确性。(3)轴向功能梯度悬臂梁非线性动力学响应分析。针对功能梯度悬臂梁材料沿轴线方向呈线性和指数形式变化的情况,分别利用MeijerG函数和Adomian分解法求解得到的振型表达式,对悬臂梁非线性动力学方程进行进行伽辽金离散,并利用多尺度法进行摄动分析,得到幅频响应方程,并分析不同小参数、功能梯度参数、激振力和阻尼系数对幅频响应曲线的影响。(4)悬臂梁压电振动俘能器俘能特性研究。利用本论文求解变系数偏微分方程的Adomian分解法,研究了两类压电俘能器的俘能特性,分别为变宽度悬臂梁和轴向功能梯度悬臂梁。探讨并分析了梯度参数和几何参数对俘能器输出电压的影响规律,并通过有限元仿真结果验证了结果的正确性。

关键词：轴向功能梯度悬臂梁 MeijerG函数 Adomian分解自由振动非线性动力学压电振动俘能器

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