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非对称三稳态压电能量采集器的性能分析与实验验证
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作者 时培明 张博飞 《燕山大学学报》 北大核心 2025年第1期34-43,共10页
为解决对称三稳态压电能量采集器在低强度振动激励下无法进行阱间运动,进而无法产生较高电压信号的问题,设计了一种基于非对称三稳态振动模型的压电能量采集器结构。利用磁偶极子模型、力平衡和基尔霍夫定律建立了采集器的势能模型以及... 为解决对称三稳态压电能量采集器在低强度振动激励下无法进行阱间运动,进而无法产生较高电压信号的问题,设计了一种基于非对称三稳态振动模型的压电能量采集器结构。利用磁偶极子模型、力平衡和基尔霍夫定律建立了采集器的势能模型以及运动控制方程,仿真分析了简谐激励力幅值和噪声强度对采集器运动状态和发电性能的影响规律。得到结论:非对称三稳态压电能量采集器中磁铁的偏移导致了非对称势能阱的产生。非对称势能阱不仅可以拓宽三稳态压电能量采集器的有效工作频带,还可以降低采集器对环境振动强度的要求,使其在低激励幅值下进行阱间运动,改善发电性能。最后制作样机验证了理论仿真结果的正确性。 展开更多
关键词 压电能量采集器 非对称势阱 集总参数模型 噪声激励
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可调势阱型三稳态压电能量采集器的动力学特性研究
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作者 侯露刚 李广博 +2 位作者 周宇洋 江一帆 王光庆 《振动工程学报》 北大核心 2025年第8期1711-1721,共11页
为了提高三稳态压电能量采集器的动态输出性能和环境适应能力,提出一种势阱深度和势垒高度可实时调节的柔性三稳态压电能量采集器。在传统磁耦合三稳态压电能量采集器的基础上,引入两个结构和尺寸相同的辅助柔性梁,两个外部磁铁分别固... 为了提高三稳态压电能量采集器的动态输出性能和环境适应能力,提出一种势阱深度和势垒高度可实时调节的柔性三稳态压电能量采集器。在传统磁耦合三稳态压电能量采集器的基础上,引入两个结构和尺寸相同的辅助柔性梁,两个外部磁铁分别固定在上述两个辅助柔性梁末端,当采集器受到外部环境激励时,两个辅助梁在水平方向产生微幅振动,从而实时调节外部磁铁与压电悬臂梁末端磁铁之间的水平间距,达到调节势能阱深度和势垒高度的目的,由此改善三稳态压电能量采集器的动态输出性能和环境适应能力。相较于其他势阱可调型能量采集器,所提柔性结构更加简单、直观。基于欧拉-伯努利梁理论和广义哈密顿原理建立准确描述该三稳态压电能量采集器动态响应特性的机电耦合动力学模型,利用龙格-库塔算法仿真分析了柔性梁特性、磁铁间距等参数对采集器非线性磁力和动力学特性的影响,并与经典的三稳态磁耦合压电能量采集器模型进行仿真和试验比较。结果表明:柔性梁微幅振动是产生变势能阱的主要因素;柔性梁刚度使势能阱的深度变浅,使采集器更易进入大幅阱间振动状态;引入柔性梁后该三稳态采集器具有更低的跳转激励加速度和更宽的工作频带。 展开更多
关键词 压电能量采集器 非线性动力学特性 可调势能阱 辅助柔性梁
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三稳态压电振动能量采集器的非对称势能阱产生机理及其动力学特性研究 被引量:2
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作者 鞠洋 郑友成 +3 位作者 朱强国 李颍 赵泽翔 王光庆 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期1051-1061,共11页
为了揭示三稳态压电振动能量采集器非对称势能阱的产生机理及其对采集器动力学特性的影响机制,考虑采集器压电悬臂梁大扰度几何非线性和末端磁铁重力效应,利用能量法和Hamilton原理建立了三稳态压电振动能量采集器的非线性动力学模型。... 为了揭示三稳态压电振动能量采集器非对称势能阱的产生机理及其对采集器动力学特性的影响机制,考虑采集器压电悬臂梁大扰度几何非线性和末端磁铁重力效应,利用能量法和Hamilton原理建立了三稳态压电振动能量采集器的非线性动力学模型。仿真研究了几何非线性和磁铁重力对系统静态解分岔、势能阱特性及其动力学响应特性的影响规律,结果表明几何非线性和磁铁重力使压电振动能量采集器产生附加的三阶和五阶非线性刚度及重力势能,导致非对称势能阱的产生。非对称势能阱不仅有利于提高三稳态压电振动能量采集器的有效工作频带和能量转换效率,还可以降低采集器对环境振动强度的要求使其在较低激励加速度下可以进入高能轨道运动。实验验证了理论仿真结果的正确性。 展开更多
关键词 三稳态能量采集器 非对称势能阱 几何非线性 重力效应 动力学特性
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三稳态压电振动能量采集器的动力学建模、仿真与实验研究 被引量:8
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作者 李颍 鞠洋 +2 位作者 谭江平 赵泽翔 王光庆 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1098-1109,共12页
为探究磁-机-压电耦合型三稳态压电能量采集器的非线性动力学行为,利用磁偶极子点荷方法计算得到了能量采集器末端受到的非线性磁力,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立了三稳态压电振动能量采集器的分布参数机电耦合动力学模型,... 为探究磁-机-压电耦合型三稳态压电能量采集器的非线性动力学行为,利用磁偶极子点荷方法计算得到了能量采集器末端受到的非线性磁力,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立了三稳态压电振动能量采集器的分布参数机电耦合动力学模型,仿真分析了系统参数(d、dg)对能量采集器的势能、磁力以及非线性动力学输出特性的影响。研制了磁-机-压电耦合型三稳态振动能量采集器原理样机,搭建了样机实验平台,实验验证了理论模型与仿真结果的正确性。研究结果表明:适当调整d和dg可使压电振动能量采集器分别作单稳态、双稳态和三稳态运动,其中三稳态运动存在3个势能阱,势能阱的深度和宽度均小于双稳态压电振动能量采集器的势能阱深度和宽度,这有利于提升振动能量采集器的工作频带和采集输出效率。 展开更多
关键词 压电振动能量采集器 非线性磁力 分布参数机电耦合动力学 实验验证
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