预应力压电俘能器应力调控与俘能效果研究

1

作者 尚正 《科技创新与应用》 2025年第6期52-55,共4页

该文主要探究预应力压电俘能器应力调控与俘能测量系统的设计要点,并对其俘能效果展开分析。以THUNDER预应力压电单晶片为核心设计预应力压电俘能器应力调控与俘能测量系统,该系统由简支基座、振动台及其驱动装置、电压采集装置等组成... 该文主要探究预应力压电俘能器应力调控与俘能测量系统的设计要点,并对其俘能效果展开分析。以THUNDER预应力压电单晶片为核心设计预应力压电俘能器应力调控与俘能测量系统,该系统由简支基座、振动台及其驱动装置、电压采集装置等组成。测试表明,在负载和振动加速度相同情况下,施加弹簧产生应力可以让预应力压电俘能器的开路电压有效值稳定增加;在负载、振动加速度和电场强度相同情况下,施加弹簧后预应力压电俘能器的输出功率相比于未施加弹簧时提升80%,驱动位移提升约89%。由此可得,施加弹簧后通过改变弹簧弹性系数实现对预应力压电俘能器应力的灵活调控,能显著增强其俘能效果。 展开更多

关键词 预应力压电俘能器 弹性系数 振动加速度 驱动位移 振动频率

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具有力放大功能的压电俘能器建模与性能分析 被引量：1

2

作者 谢建宏 刘烈鑫 朱立青 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期747-754,共8页

为提升压电俘能器的能量转换效率,将压电堆栈耦合到力放大框架结构中,构建了具有力放大功能的压电俘能器。基于压电效应本构方程,对单独压电堆栈进行了理论建模、有限元仿真与分析。基于欧拉-伯努利梁原理,建立了框架结构的力放大系数... 为提升压电俘能器的能量转换效率,将压电堆栈耦合到力放大框架结构中,构建了具有力放大功能的压电俘能器。基于压电效应本构方程,对单独压电堆栈进行了理论建模、有限元仿真与分析。基于欧拉-伯努利梁原理,建立了框架结构的力放大系数理论模型,采用Sobol’s敏感性分析方法确定了敏感力放大系数的框架几何参数,应用遗传算法结合有限元建模对力放大框架进行了结构优化。基于最优结构的力放大框架,建立了压电俘能器的集总参数理论模型并进行了数值分析。结果表明,在非谐振激励下该压电俘能器的输出电压有效值和输出功率最大值分别为3.022 V和543.375μW,分别是单独压电堆栈输出电压有效值和输出功率最大值的7.74倍和58.5倍。相比于单独压电堆栈,该压电俘能器能显著提升非谐振激励下的输出电压和输出功率。 展开更多

关键词 压电俘能器 压电堆栈 力放大框架 Sobol’s敏感性分析方法 遗传算法

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具有力放大功能的压电俘能器多模态俘能性能分析

3

作者 谢建宏 刘烈鑫 朱立青 《压电与声光》 北大核心 2024年第6期950-955,共6页

为提升压电俘能器的能量转换效率,将压电堆栈耦合到力放大框架结构中,构建了具有力放大功能的压电俘能器。对该力放大框架进行了力学分析及其力放大系数的理论建模,并对框架结构参数进行了Sobol’s敏感性分析及遗传算法优化。基于最优... 为提升压电俘能器的能量转换效率,将压电堆栈耦合到力放大框架结构中,构建了具有力放大功能的压电俘能器。对该力放大框架进行了力学分析及其力放大系数的理论建模,并对框架结构参数进行了Sobol’s敏感性分析及遗传算法优化。基于最优结构的力放大框架,建立了压电俘能器的集总参数理论模型,对该压电俘能器在非谐振激励下及多模态谐振激励下的俘能性能进行了对比分析。结果表明,该压电俘能器在第三阶和第四阶固有频率激励下的开路输出电压峰值和最大输出功率分别为55.07 V、124.19 V和1.63 W、14.97 W,分别是10 Hz非谐振低频激励下的开路输出电压峰值和最大输出功率的12.9倍、29.1倍和2999.77倍、27550倍。相较于非谐振激励模式,该压电俘能器在谐振激励频率下工作时的输出电压与输出功率有显著提升。对压电俘能器附加质量块可有效降低其谐振频率并提高输出电压,实现压电俘能器的低频扩展应用。 展开更多

关键词 压电俘能器 力放大框架 多模态分析 低频扩展应用 遗传算法

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一种机械式多稳态压电俘能器及其特性研究 被引量：5

4

作者 汪灿 谢进 +1 位作者 马戈 邹政 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第5期700-705,共6页

该文提出了一种机械式非线性多稳态压电悬臂梁装置。利用集中参数法建立了系统的数学模型,分析系统势能可知,随着系统参数的变化,系统具有多稳态的特性;采用数值仿真法分析了在简谐激励和随机激励下系统的运动状态及俘能性能。结果表明... 该文提出了一种机械式非线性多稳态压电悬臂梁装置。利用集中参数法建立了系统的数学模型,分析系统势能可知,随着系统参数的变化,系统具有多稳态的特性;采用数值仿真法分析了在简谐激励和随机激励下系统的运动状态及俘能性能。结果表明,在简谐激励下,中低频环境中系统为三稳态时具有较好的俘能特性,高频环境中系统为单稳态时具有较好的俘能特性;在随机激励下,系统为三稳态时能在较低噪声强度下越过势垒而做大幅运动,从而输出较大电压;随着噪声强度增加,阱间运动发生的频率增加,输出电压也增加。 展开更多

关键词 机械式非线性压电俘能器 多稳态 压电俘能器 简谐激励 随机激励

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基于扭转模态的角振动压电俘能器研究 被引量：12

5

作者 陈子光 胡元太 杨嘉实 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2007年第6期693-698,共6页

以线性压电理论为基础,分析了压电陶瓷圆柱壳的扭转振动问题.由于压电陶瓷柱壳的扭转振动使得覆盖于柱壳两端的电极之间出现电势差,通过导线连接两电极与外负载,则圆柱壳在振动过程中所捕获的能量能有效地供给微电子器件工作.得到了输... 以线性压电理论为基础,分析了压电陶瓷圆柱壳的扭转振动问题.由于压电陶瓷柱壳的扭转振动使得覆盖于柱壳两端的电极之间出现电势差,通过导线连接两电极与外负载,则圆柱壳在振动过程中所捕获的能量能有效地供给微电子器件工作.得到了输出电压、电流、能量、效率以及输出功率密度的解析表达式,并数值分析了这类压电俘能器的基本性能.结果表明,这种结构能够用作压电俘能器,将旋转机械能转化成为电能. 展开更多

关键词 压电俘能器 扭转振动 俘获能量 效率

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磁耦合式双稳态宽频压电俘能器的设计和俘能特性 被引量：7

6

作者 张伟 刘爽 +2 位作者 毛佳佳 黎绍佳 曹东兴 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期1102-1112,I0005,共12页

为了同时提高振动能量俘获系统的效率和实用性,俘能器主结构的振动特性与环境振动特性的匹配度显得尤为重要.非线性系统复杂的动力学行为为设计高效的俘能器奠定了基础,但结构一旦被设计、生成出来,其工作频率往往是固定的,无法根据环... 为了同时提高振动能量俘获系统的效率和实用性,俘能器主结构的振动特性与环境振动特性的匹配度显得尤为重要.非线性系统复杂的动力学行为为设计高效的俘能器奠定了基础,但结构一旦被设计、生成出来,其工作频率往往是固定的,无法根据环境中的振动而发生相应的改变.本文利用可移动铰支座和非线性磁力设计了一种具有双稳态特性的宽频压电俘能器,通过拓宽压电俘能器的工作频带,来匹配环境中较宽的振动频率.为了保证系统低频宽带的俘能效果,详细分析了结构的长度比、磁间距、负载阻抗、外激励频率和幅值等对系统线性刚度、非线性刚度以及动力学行为的影响,并进行了实验验证.首先将系统简化为欧拉-伯努力梁,利用拉格朗日方程建立系统的非线性动力学方程,并利用谐波平衡法进行求解.针对理论分析给出的不同外激励频率下的最优长度比,搭建了实验平台进行验证.理论和实验的结果表明:非线性磁力的引入使系统呈现负刚度特性,使俘能器能够在单稳态和双稳态之间的变换,实现低频俘能效果;通过调节可移动铰支座的位置,改变系统的长细比,能够实现从0到16 Hz的宽频俘能效果. 展开更多

关键词 压电俘能器 可调频 双稳态 宽频带 长度比

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沥青路面内矩钹形压电俘能器性能仿真分析 被引量：8

7

作者 汪红兵 孙春华 李志荣 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第4期667-671,共5页

提出一种新型矩钹形压电俘能器用于收集沥青路面振动能量。矩钹形俘能器包括2个矩钹形端帽和1个矩形陶瓷片,2个端帽黏贴在矩形陶瓷片上、下表面。当外压力作用在2个端帽的顶部,外压力通过端帽的变形转换成陶瓷片的张力,陶瓷片变形产生... 提出一种新型矩钹形压电俘能器用于收集沥青路面振动能量。矩钹形俘能器包括2个矩钹形端帽和1个矩形陶瓷片,2个端帽黏贴在矩形陶瓷片上、下表面。当外压力作用在2个端帽的顶部,外压力通过端帽的变形转换成陶瓷片的张力,陶瓷片变形产生电压。建立了单个矩钹形俘能器的有限元模型并分析了埋设在路面下40mm的输出电压,结果表明,单个俘能器可产生约21.355V电压。研究了俘能器的结构参数对其输出电压的影响,为俘能器的设计提供参考。为大面积收集沥青路面振动能量,设计了垂直和水平两种矩钹形俘能器阵列。用有限元方法分析了两种俘能器阵列在路面下的力电特性,结果表明,两种阵列形式的俘能器都比串联单个俘能器所输出的电压高。 展开更多

关键词 路面振动能量 矩钹形 压电俘能器 阵列 仿真

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低速水流下的驰振式压电俘能器建模与实验研究 被引量：2

8

作者 赵道利 周捷 +2 位作者 孙维鹏 郭鹏程 罗兴锜 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期35-42,共8页

为了实现低速水流下的能量采集,建立适用于低速水流作用下的压电俘能器的分段分布参数模型,利用准稳态理论计算水动驰振力,考虑附加质量对驰振力的影响,通过扩展的哈密顿方程和高斯定律推机电耦合方程,应用等效结构法对模型进行解耦,从... 为了实现低速水流下的能量采集,建立适用于低速水流作用下的压电俘能器的分段分布参数模型,利用准稳态理论计算水动驰振力,考虑附加质量对驰振力的影响,通过扩展的哈密顿方程和高斯定律推机电耦合方程,应用等效结构法对模型进行解耦,从而得到该模型的解析解,以明渠流水槽实验验证模型的准确性。分析负载电阻、质量块顶角和流速对俘能器输出功率与起始流速的影响。结果表明:驰振式压电俘能器的输出功率随流速的增加而增大,使输出功率最大的最优电阻与流速有关,在较低流速下存在2个最优电阻,流速增大到0.7 m/s后只有1个最优电阻;三棱柱质量块顶角越大,起始流速越低,最大输出功率越大,在低速水流下能采集到更多的能量;起始流速随电阻值的增大先增大后减小。实验中,80°质量块在流速为0.54 m/s时测得最大输出功率为2.53 mW,分别比60°和70°增大87.3%和25.5%。 展开更多

关键词 流致振动 明渠流 水流速度 压电俘能器 驰振 分布参数模型

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压电俘能器阻抗匹配分析及实验研究 被引量：2

9

作者 朱宪荣 王红艳 徐蕾 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2011年第6期919-922,共4页

为了研究负载电阻对压电悬臂梁振动俘能性能的影响,使用有限元法对直接与负载相连的悬臂梁压电振子进行压电-电路耦合分析,得到了负载电阻对压电俘能器谐振频率、输出电压和功率的影响关系,并进行实验验证。研究结果表明,随着外接负载... 为了研究负载电阻对压电悬臂梁振动俘能性能的影响,使用有限元法对直接与负载相连的悬臂梁压电振子进行压电-电路耦合分析,得到了负载电阻对压电俘能器谐振频率、输出电压和功率的影响关系,并进行实验验证。研究结果表明,随着外接负载电阻的增大,俘能器谐振频率有所增加,从短路谐振频率到开路谐振频率变化范围可达到2Hz。此外,负载阻值的大小也会影响俘能器的发电能力,负载电阻越大,输出电压越高,但存在匹配电阻使压电俘能器的输出功率达到最大。因此,通过合理选用负载电阻可实现固有频率微调谐和增加发电能力的目的。 展开更多

关键词 压电俘能器 悬臂梁 谐振频率 阻抗匹配

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一种冲击式悬臂梁压电俘能器的设计与实验 被引量：4

10

作者 汪红兵 孙春华 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第3期426-429,432,共5页

为提高悬臂梁压电俘能器的俘能效率,提出了一种冲击式悬臂梁压电俘能器。该俘能器包括多个悬臂梁压电振子,可在风力、人体动力能及环境振动能等多种外载荷作用下产生电能。俘能器的核心部件是悬臂梁压电振子,通过冲击实验发现悬臂梁压... 为提高悬臂梁压电俘能器的俘能效率,提出了一种冲击式悬臂梁压电俘能器。该俘能器包括多个悬臂梁压电振子,可在风力、人体动力能及环境振动能等多种外载荷作用下产生电能。俘能器的核心部件是悬臂梁压电振子,通过冲击实验发现悬臂梁压电振子在周期性冲击载荷作用下拓宽了共振频率,同时提高了输出功率。测试结果显示在频率约为21Hz的方波冲击信号下,外接电阻为50kΩ时,单个悬臂压电俘能器最大输出功率可达0.28mW;当频率分别为5Hz、8.5Hz时,还可分别输出0.07mW和0.17mW的功率,俘能器出现多个峰值电功率。研究表明所设计的冲击式压电俘能器可有效提高俘能效率。 展开更多

关键词 冲击 悬臂梁 压电俘能器 共振 振子

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微型双稳态板压电俘能器的仿真研究 被引量：2

11

作者 陈丽华 景浩 +3 位作者 陈坦 张伟 常力琦 杨凤红 《动力学与控制学报》 2019年第6期537-545,共9页

基于中间固定、四边自由的微型压电层合板模型,应用应变梯度理论考虑其尺寸效应,借助ABAQUS用户自定义子程序(UEL)模块自定义了一种三维八节点的微型压电单元.利用有限元法热-力-电耦合分析对微型双稳态板压电俘能器进行了仿真研究,发... 基于中间固定、四边自由的微型压电层合板模型,应用应变梯度理论考虑其尺寸效应,借助ABAQUS用户自定义子程序(UEL)模块自定义了一种三维八节点的微型压电单元.利用有限元法热-力-电耦合分析对微型双稳态板压电俘能器进行了仿真研究,发现其在不同的激振频率下存在不同的变形状态,非线性动态分析显示该结构在其一阶固有频率之前也能俘获较多电能,且存在多态转换交替出现的现象.针对该微型双稳态压电俘能器,给出了其最佳的工作频率和最大俘获电压.研究成果对微型压电俘能器的设计分析和性能检测具有重要的指导意义. 展开更多

关键词 微型压电俘能器 尺寸效应 应变梯度 UEL 双稳态

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钝体表面附着物对低速水流压电俘能器性能影响研究 被引量：2

12

作者 孙维鹏 刘宸涵 +3 位作者 郁小彬 胡珅 钟可欣 赵道利 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期1463-1472,共10页

低速水流能可作为可再生能源的重要补充,适用于低速水流能开发的压电俘能器已在流场中表现出了优异的性能.而在钝体的表面增加附着物可影响压电俘能器的能量转换.通过改变附着物的形状、凸起高度和凹陷深度探究其对驰振式压电俘能器输... 低速水流能可作为可再生能源的重要补充,适用于低速水流能开发的压电俘能器已在流场中表现出了优异的性能.而在钝体的表面增加附着物可影响压电俘能器的能量转换.通过改变附着物的形状、凸起高度和凹陷深度探究其对驰振式压电俘能器输出特性的影响.利用拓展的哈密顿原理建立俘能器的机械控制方程,引入高斯定理建立电场-位移控制方程,并基于准稳态假设计算驰振的水动力及力矩,进而得到压电俘能器机电耦合分段参数模型.用伽辽金法离散悬臂梁的位移,并在此基础上解耦控制方程,从而得到输出功率及悬臂梁位移近似解.通过水槽实验获得压电俘能器输出功率的实验值,并验证了数学模型的准确性.结果表明:0.51 m/s流速下,-2 mm椭球型凸起的压电俘能器RMS功率为1.411 mW,与无附着物的椭圆柱相比增幅为69.88%;当钝体包裹6 mm凸起的圆柱型附着物时,悬臂梁末端的振幅为3.07 mm,相比于无附着物的情况降低了84.83%.三维数值模拟的结果表明凸起、凹陷为2 mm附着物的应用会使在钝体上形成的压差升高,进而加剧流致振动,且会影响从钝体两侧脱落涡的大小及强度. 展开更多

关键词 低速水流能 附着物 压电俘能器 分段参数模型 驰振

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线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器动力学特性研究 被引量：4

13

作者 张旭辉 陈路阳 +3 位作者 陈孝玉 徐冬梅 朱福林 郭岩 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2996-3006,共11页

利用振动能量俘获技术将设备工况振动能转化为电能,为实现煤矿井下无线监测节点自供电提供了新的思路.通过引入非线性磁力设计了一种线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器,分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对动力学特性的影响规... 利用振动能量俘获技术将设备工况振动能转化为电能,为实现煤矿井下无线监测节点自供电提供了新的思路.通过引入非线性磁力设计了一种线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器,分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对动力学特性的影响规律.利用磁偶极子法建立磁力模型,通过实验测量线形-拱形组合梁的恢复力,并采用多项式拟合得到恢复力模型,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立系统的动力学模型,从时域角度仿真分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对系统动力学特性的影响规律.研制线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器样机并搭建实验平台进行实验研究,通过采集组合梁末端响应速度数据,验证了理论分析的正确性.研究表明:引入非线性磁场能够使系统势能呈现单势阱、双势阱或三势阱,激励一定时,调整磁铁水平间距和垂直间距能够使系统实现单稳态、双稳态或三稳态运动,且在三稳态运动时响应位移较大,增大激励水平有利于系统越过势垒实现大幅响应.研究为线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器的设计提供了理论指导. 展开更多

关键词 三稳态压电俘能器 线形-拱形组合梁 非线性磁力 动力学建模 数值仿真

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基于行车风压的谐振腔式压电俘能器研究

14

作者 李霞 刘强 +1 位作者 张伟伟 张三川 《压电与声光》 CAS 北大核心 2019年第4期546-551,556,共7页

针对汽车行驶过程中车载传感器需要持续稳定的供能需求,设计一种以谐振腔结构为主体,扰流圆柱与亥姆霍兹谐振腔为辅助的压电俘能器。为研究俘能器的发电性能,设计其最佳结构,建立流固电耦合仿真模型。仿真时,根据实际风压分布,将风压载... 针对汽车行驶过程中车载传感器需要持续稳定的供能需求,设计一种以谐振腔结构为主体,扰流圆柱与亥姆霍兹谐振腔为辅助的压电俘能器。为研究俘能器的发电性能,设计其最佳结构,建立流固电耦合仿真模型。仿真时,根据实际风压分布,将风压载荷分区加载到压电发电模块。仿真分析结果表明,基板与压电陶瓷的厚度比对压电悬臂梁的输出电压和固有频率有影响,最佳厚度比为1.25;基板与主腔体间间隙、扰流圆柱直径、亥姆霍兹谐振腔皆存在最佳尺寸参数使压电俘能器发电性能达到最佳;负载电阻在400~600kΩ内时,可获得最佳的输出功率;风速为15m/s时,最大输出功率为37.3mW。 展开更多

关键词 压电俘能器 固有频率 负载电阻 输出功率 流固电耦合

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末端质量块对层合悬臂梁d_(15)模式压电俘能器性能的影响

15

作者 郑学军 梅靖羚 +2 位作者 张勇 张智雄 费明祥 《湘潭大学自然科学学报》 CAS 北大核心 2014年第2期21-25,共5页

设计并制作了末端有质量块和无质量块的层合悬臂梁剪切模式(d15)PZT-51压电俘能器.测量了其在不同负载下峰-峰值电压、输出功率和电流随频率变化曲线,以及负载为RL=1.0MΩ的瞬时电压和振动激励电压与输出峰-峰值电压关系曲线.结果表明,... 设计并制作了末端有质量块和无质量块的层合悬臂梁剪切模式(d15)PZT-51压电俘能器.测量了其在不同负载下峰-峰值电压、输出功率和电流随频率变化曲线,以及负载为RL=1.0MΩ的瞬时电压和振动激励电压与输出峰-峰值电压关系曲线.结果表明,通过末端加质量块可以降低俘能器的共振频率,提高输出电压、功率和电流,从而改善俘能器的性能.随着振动激励电压的增大,悬臂梁压电俘能器的峰-峰值电压也随着增大.所设计的末端质量块层合悬臂梁d15模式PZT-51压电俘能器,有望应用于俘获环境中的低频振动能. 展开更多

关键词 d15模式 层合悬臂梁 压电俘能器 峰值电压

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压电俘能器涡激振动俘能的建模与实验研究 被引量：16

16

作者 宋汝君 单小彪 +1 位作者 李晋哲 谢涛 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期55-60,79,共7页

针对微机电系统和传感器等低能耗电子产品的持续供能问题,提出了一种涡激振动式压电俘能器。该俘能器由压电悬臂梁和末端圆柱体组成,结构简单,可在较低水流流速下产生涡激共振,得到较大的能量输出。通过数学建模和实验测试的方法,研究... 针对微机电系统和传感器等低能耗电子产品的持续供能问题,提出了一种涡激振动式压电俘能器。该俘能器由压电悬臂梁和末端圆柱体组成,结构简单,可在较低水流流速下产生涡激共振,得到较大的能量输出。通过数学建模和实验测试的方法,研究了水流速度和外接电阻对压电俘能器振动和俘能的影响规律。实验结果表明:压电俘能器的振动频率随流速的增大而增大,振动幅值在涡激共振时最大,输出功率受流速和外接电阻两者影响,较小外接电阻适合较高流速,较大电阻适合较低流速,压电俘能器在涡激共振处可获得最大的能量输出,当外接电阻为0.5 MΩ、流速为0.41m/s时,实验测试得到了8.3μW的最大输出功率。数值分析结果与实验测试结果吻合较好,验证了数学模型的正确性。 展开更多

关键词 水流 涡激振动 压电俘能器 俘能

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涡激振动型水力复摆式压电俘能器的仿真与实验研究 被引量：16

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作者 宋汝君 单小彪 +1 位作者 范梦龙 谢涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第19期78-83,118,共7页

针对低速水流的能量收集问题,提出了一种复摆式涡激振动压电俘能器。该俘能器由压电悬臂梁与尾端圆柱平行连接组成,具有免予封装绝缘,振动响应大,易于在低速水流中产生涡激共振等优点。通过流-固-电耦合仿真分析和实验测试的方法,研究... 针对低速水流的能量收集问题,提出了一种复摆式涡激振动压电俘能器。该俘能器由压电悬臂梁与尾端圆柱平行连接组成,具有免予封装绝缘,振动响应大,易于在低速水流中产生涡激共振等优点。通过流-固-电耦合仿真分析和实验测试的方法,研究了水流流速对复摆式压电俘能器振动和俘能的影响规律。结果发现,俘能器的输出功率随负载电阻先增大后减小,存在最优电阻可使俘能器的输出功率最大。俘能器的振动幅值和功率输出均随流速的增大而先增大后减小,在涡激共振处出现最大值;振动频率整体随着流速的增大而增大,但在涡激共振区域,由于"锁定",俘能器的振动频率基本保持在俘能器的固有频率处。俘能器输出功率随圆柱直径的增大而增大,但涡激振动速度也相应的提高。 展开更多

关键词 水流 涡激振动 压电俘能器 俘能

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梯形梁压电俘能器的特性研究 被引量：7

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作者 谭杨康 高世桥 张广义 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期579-583,共5页

传统悬臂梁压电俘能器通常采用矩形梁结构,其压电片宽度为定值,对于压电片的利用效率有限。该文设计了一种梯形梁结构,将悬臂梁及其上附着的压电层设计为梯形,压电片宽度沿梁长方向逐渐变窄,并针对梯形梁结构的压电俘能器进行理论研究... 传统悬臂梁压电俘能器通常采用矩形梁结构,其压电片宽度为定值,对于压电片的利用效率有限。该文设计了一种梯形梁结构,将悬臂梁及其上附着的压电层设计为梯形,压电片宽度沿梁长方向逐渐变窄,并针对梯形梁结构的压电俘能器进行理论研究、仿真计算与实验分析,同时与传统矩形梁俘能器进行了对比。结果表明,同样的谐振状态下,梯形压电片中应力分布比矩形压电片中更均匀,且梯形梁压电俘能器具有更高的电压输出。 展开更多

关键词 压电俘能器 矩形悬臂梁 梯形悬臂梁 等效刚度 应力分布 输出电压

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变截面悬臂梁压电俘能器动力学特性分析 被引量：6

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作者 王姣姣 曹东兴 姚明辉 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期727-731,共5页

提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种... 提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种不同形式的变截面悬臂梁。对比分析了三角形梁、矩形梁和具有不同宽度比梯形梁的固有频率、应力和应变分布及简谐激励输出电压响应。结果表明,三角形梁固有频率较大,输出电压最大,同时分析了不同变截面段长度对输出电压的影响。该文还分析了具有相同一阶频率、不同宽度比俘能器的输出电压,表明三角形结构单位体积压电层输出电压最大。对比分析了基体层上根部粘贴压电片和全部粘贴压电片的输出电压特性。结果表明,前者输出电压较大,发电性能更好。 展开更多

关键词 压电俘能器 变截面悬臂梁 变宽度 振动特性 输出电压

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双端固支式压电俘能器的特性研究 被引量：2

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作者 闫丽 高世桥 +1 位作者 刘海鹏 张广义 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第3期370-373,378,共5页

设计了基于矩形梁和梯形梁两种结构的双端固支式压电俘能器,其较传统的悬臂梁式压电俘能器,具有更高的压电材料利用率,且应变分布更均匀,输出功率更高。针对这两种结构建立了理论模型并进行了分析。结果表明双端固支梯形梁应变更均匀。... 设计了基于矩形梁和梯形梁两种结构的双端固支式压电俘能器,其较传统的悬臂梁式压电俘能器,具有更高的压电材料利用率,且应变分布更均匀,输出功率更高。针对这两种结构建立了理论模型并进行了分析。结果表明双端固支梯形梁应变更均匀。另外,针对这两种结构设计了对比试验,测量了输出电压及输出功率。这两种结构均可通过串联提高输出性能,与双端固支矩形梁相比,双端固支梯形梁的一阶固有频率降低,其串联输出电压较矩形梁提高22.9%,输出功率提高34.7%。 展开更多

关键词 双端固支式压电俘能器 理论模型 应变分布 输出性能 对比试验

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