壓電懸臂梁模型在流體中的尾流及能量采集研究.pdf

1、壓電懸臂梁以其較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式以及突出的力電耦合特性被廣泛應(yīng)用于各種傳感器、作動(dòng)器以及俘能器結(jié)構(gòu)中。當(dāng)其工作環(huán)境中存在流體時(shí)，除了考慮力電耦合作用外，還需要考慮流體的影響。
　　本文主要以壓電懸臂梁模型為研究對(duì)象，針對(duì)其在流體中的尾流以及能量采集方面展開一定的研究。在研究懸臂梁尾流時(shí)，首先通過流體動(dòng)力函數(shù)以及逆壓電效應(yīng)樂甫算子計(jì)算流體以及壓電片對(duì)懸臂梁的作用力，采用模態(tài)擴(kuò)展法給出懸臂梁在流體中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)求解過程，并結(jié)合面元法自由尾

2、流模型分析流體密度、粘性以及流速對(duì)壓電懸臂梁的影響。隨后針對(duì)不同模態(tài)作動(dòng)器和分段式作動(dòng)器研究不同共振狀態(tài)以及作動(dòng)電壓對(duì)懸臂梁尾流的影響。在利用壓電懸臂梁采集流體能量方面主要是利用阻流板尾流中變化的流場(chǎng)激勵(lì)壓電懸臂梁發(fā)生振動(dòng)，從而將流體能量轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電能。這部分研究過程中首先采用沉浸邊界法描述流體和懸臂梁的相互作用力，并通過模態(tài)擴(kuò)展法求解懸臂梁在流體的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，結(jié)合正壓電效應(yīng)分析壓電懸臂梁開路條件下壓電片電壓信號(hào)以及內(nèi)部產(chǎn)生的能量。隨后