扭轉(zhuǎn)及彎曲壓電梁渦激振動(dòng)俘能研究.pdf

1、自然界中，低速流動(dòng)的水流廣泛存在。設(shè)計(jì)加工俘能裝置，將這些低速流體中蘊(yùn)含的水能轉(zhuǎn)換為電能已經(jīng)成為當(dāng)下學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。當(dāng)?shù)退偎髁鹘?jīng)圓柱時(shí)，會(huì)發(fā)生渦激振動(dòng)，激勵(lì)圓柱周期性地低頻振動(dòng)，將壓電梁與圓柱剛性連接后，與圓柱一起周期性振動(dòng)，極化發(fā)電。單個(gè)俘能器可以為間歇性低功耗裝置和無線小型電子設(shè)備供能，同時(shí)，多組俘能器的陣列組合，可以為大型電子設(shè)備持續(xù)供電。閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，通過圓柱偏心設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)加工了扭轉(zhuǎn)型和彎扭復(fù)合型渦激振動(dòng)壓電俘能器，用于俘獲

2、低速水流中的水能，并對(duì)其進(jìn)行了一系列的數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　基于流體渦激振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、壓電學(xué)、歐拉伯努利梁、Galerkin離散等理論，建立了壓電梁的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合Lagrange方程，建立了渦激振動(dòng)俘能器的非線性能量控制方程。
　　利用建立的能量控制方程，對(duì)設(shè)計(jì)的俘能器進(jìn)行了數(shù)值分析，對(duì)比它們的振動(dòng)特性后，選取俘能效果好的彎扭復(fù)合型壓電梁渦激振動(dòng)俘能器作為本文的主要研究對(duì)象，同時(shí)，研究了流速、外接

3、負(fù)載電阻、壓電片寬度、圓柱直徑及其質(zhì)量偏心距和圓柱質(zhì)量對(duì)俘能器俘能特性的影響。在環(huán)境中水流流速一定的情況下，合理的選取外接電阻，壓電梁以及偏心圓柱的尺寸以盡可能最大限度的俘獲能量。
　　研制了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，加工裝配了俘能器，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值分析的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析的結(jié)果無論在趨勢(shì)還是數(shù)值上都有著很好的一致性，驗(yàn)證了本文數(shù)學(xué)模型的正確性，可以用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)加工高效的俘能器。同時(shí)，研制出了彎扭復(fù)合型渦激振動(dòng)壓電俘能器，最大輸出功率為0.413