薄壁板氣動彈性非線性振動的壓電俘能研究.pdf

1、自然界中的流致振動無處不在，如何將無處不在的流致振動轉(zhuǎn)化為電能已經(jīng)成為當前的研究熱點。高速列車和飛行器飛行時，在氣動力作用下，列車和飛行器的壁板將產(chǎn)生氣動彈性振動；通常，該氣動彈性問題是有害的，應(yīng)盡量避免，而壓電片將振動的機械能轉(zhuǎn)化為電能的同時會對壁板的振動產(chǎn)生抑制的作用，提高高速列車和飛行器的穩(wěn)定性。多個壓電俘能器聯(lián)合使用，可為微電子系統(tǒng)持續(xù)供電且增加列車和飛行器穩(wěn)定性。因此，本文在閱讀大量壁板振動和壓電俘能文獻后，針對壁板的氣動彈性

2、非線性振動俘能進行一系列的理論計算、仿真和實驗研究。
　　本文基于氣動彈性理論、振動理論、彈性力學、材料力學、壓電學和歐拉伯努利梁理論等相關(guān)知識，建立了懸臂壁板壓電俘能結(jié)構(gòu)的線性數(shù)學模型和帶有非線性剛度、非線性慣性及非線性壓電項的懸臂壁板壓電俘能結(jié)構(gòu)的非線性數(shù)學模型?；谇懊嫠⒌姆蔷€性理論數(shù)學模型，進行數(shù)值計算，分析了不同風速、外接負載電阻、壓電片長度、壓電片厚度對懸臂壁板的氣動彈性振動和俘能特性的影響。另外，基于多物理場耦合

3、的有限元仿真方法，分析了不同流速、外接負載電阻對曲面壁板振動和俘能的影響規(guī)律；并對壓電貼片位置和尺寸進行優(yōu)化分析和驗證。最終通過對風速，負載電阻，壓電貼片尺寸規(guī)格等因素分析發(fā)現(xiàn)，在一定的風速下，合理選擇負載電阻和壓電貼片尺寸規(guī)格可以使其最大程度的兼顧減振效果最好，輸出功率最大和材料最大利用率。為了驗證前面建立的數(shù)學模型和有限元仿真的正確性，設(shè)計和制作了直流壓風式低速小型風洞，并編寫一套數(shù)據(jù)采集程序構(gòu)成一個實驗系統(tǒng)，采用該實驗系統(tǒng)對平板壁