一种新型双稳态电磁式振动能量捕获器动力学特性研究 被引量：13

1

作者 吴子英 叶文腾 刘蕊 《应用力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期848-854,共7页

将质量-非线性弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获系统相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,建立系统的力学模型及控制方程;利用谐波平衡法获得了该发电振子处于高能轨道的运动幅值及发电功率密度解析解表达式。... 将质量-非线性弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获系统相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,建立系统的力学模型及控制方程;利用谐波平衡法获得了该发电振子处于高能轨道的运动幅值及发电功率密度解析解表达式。数值仿真表明:附加非线性振子的双稳态振动发电系统的响应幅值及功率密度均明显高于单一双稳态振动发电系统。在简谐激励下,随着质量比和调频比的增大,附加非线性振子双稳态振动能量捕获器的大幅运动响应及发电性能均出现了先增大后减小的趋势;且随着激振频率的增加,发生了随激振频率移动的现象。通过综合比较获得了附加非线性振子双稳态振动能量捕获器的发电性能最佳的参数配置范围m∈[0.8,3]和f∈[π/10,π/3]。上述研究结果可为双稳态振动能量捕获系统的相关研究提供理论基础。 展开更多

关键词 双稳态振动能量捕获器 谐波平衡法 简谐激励 附加非线性振子 最佳参数配置范围

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有色噪声激励下双稳态电磁式振动能量捕获器动力学特性研究 被引量：3

2

作者 吴子英 牛峰琦 +1 位作者 刘蕊 叶文腾 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2017年第5期570-580,共11页

随着微机电科技的进步,利用环境振动进行系统自供电已经成为目前非线性动力学研究的热点.以附加线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器为研究对象,建立系统的动力学方程,通过数值仿真研究了有色噪声激励作用下双稳态能量捕获系统的动力... 随着微机电科技的进步,利用环境振动进行系统自供电已经成为目前非线性动力学研究的热点.以附加线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器为研究对象,建立系统的动力学方程,通过数值仿真研究了有色噪声激励作用下双稳态能量捕获系统的动力学行为,分别从有色噪声强度、质量比和调频比3个方面研究了双稳态系统动力学响应,获得了上述参数对双稳态能量捕获系统动力学特性的影响规律,上述研究结果为双稳态电磁式振动能量捕获系统的相关研究提供理论基础. 展开更多

关键词 有色噪声 双稳态振动能量捕获器 噪声强度 质量比 调频比

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双稳态电磁式振动能量捕获器超谐波响应研究 被引量：4

3

作者 吴子英 叶文腾 刘强 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第5期623-630,共8页

超谐波响应是非线性振动系统在较大激励下表现的特性,在某种条件下双稳态振动能量捕获系统的超谐波响应可使系统产生优越的输出功率。本文将质量-非线性弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获器相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式... 超谐波响应是非线性振动系统在较大激励下表现的特性,在某种条件下双稳态振动能量捕获系统的超谐波响应可使系统产生优越的输出功率。本文将质量-非线性弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获器相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,建立系统的力学模型及控制方程。采用两项式谐波平衡法,获得了双稳态系统在简谐激励下产生大幅运动的基谐波和超谐波响应的解析解,借助数值仿真分析了质量比和调频比对双稳态振动能量捕获器产生大幅运动的影响规律,获得了双稳态系统的结构参数的最佳配置范围,且当外部激励频率处于低频段时,系统发电主要表现为超谐波发电,随着激励频率的增大,振动发电系统主要呈现基谐波发电。上述研究,为双稳态能量捕获装置的理论研究提供了参考。 展开更多

关键词 双稳态振动能量捕获器 谐波平衡法 超谐波响应 非线性振子 参数配置

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附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器动力学特性研究 被引量：3

4

作者 刘蕊 吴子英 叶文腾 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2017年第4期432-446,共15页

随着微机电科技的进步,利用环境振动进行系统自供电已经成为目前非线性动力学研究的热点.将质量-弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获系统相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,建立系统的力学模型及控制方程.通过... 随着微机电科技的进步,利用环境振动进行系统自供电已经成为目前非线性动力学研究的热点.将质量-弹簧-阻尼系统与双稳态振动能量捕获系统相结合,提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,建立系统的力学模型及控制方程.通过数值仿真研究了简谐激励下质量比和调频比发生变化时附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器的动力学响应.通过与附加线性振子双稳态系统的对比,获得了上述参数对附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器发生大幅运动的影响规律,显示出附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器的优越性,并获得了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器发生连续大幅混沌运动的最优参数配合.上述研究结果为双稳态电磁式振动能量捕获系统的相关研究提供了理论基础. 展开更多

关键词 双稳态电磁式振动能量捕获器 简谐激励 附加非线性振子 大幅运动 最佳参数

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基于局部双稳态结构的压电俘能器设计与研究

5

作者 宋秉骏 谷刘坤 +1 位作者 黄文轩 辛毅 《压电与声光》 北大核心 2025年第3期550-555,共6页

针对单稳态压电俘能器在低频、低振幅环境下工作频带窄、能量采集效率低的问题,以及传统双稳态压电俘能器结构复杂、需要附加外部组件的缺点,提出了一种新型局部双稳态结构的压电俘能器。该结构基于豆荚物理结构的启发,通过结合局部双... 针对单稳态压电俘能器在低频、低振幅环境下工作频带窄、能量采集效率低的问题,以及传统双稳态压电俘能器结构复杂、需要附加外部组件的缺点,提出了一种新型局部双稳态结构的压电俘能器。该结构基于豆荚物理结构的启发,通过结合局部双稳态设计与压电材料,显著增强了对低频振动能量的捕获能力,并拓宽了工作频带。实验结果显示,在风速为2.5 m/s时,所提俘能器的输出功率密度较单稳态结构提高了2 077.78%;即使在风速高达5.1 m/s的场景下,其输出功率密度依然比单稳态结构高出66.27%,验证了该局部双稳态结构在大部分应用环境下的优越性。同时,在与LTC3588电路结合的实验中,局部双稳态结构的压电能量采集器对微弱风速提升的响应更加敏感,输出信号也有明显改善。 展开更多

关键词 压电俘能器 局部双稳态结构 能量收集 风致振动 低频激励

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随机激励下减速带振动能量捕获器的发电性能研究 被引量：3

6

作者 吴子英 位强 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2020年第10期1511-1519,共9页

本文将双稳态振动能量发电装置引入到减速带结构中,提出了一种双稳态减速带振动能量捕获装置,建立了其力学模型和控制方程。假定车重和车速符合正态分布,利用数值仿真方法,分别针对车重和车速其中一个参数随机变化及车重和车速两个参数... 本文将双稳态振动能量发电装置引入到减速带结构中,提出了一种双稳态减速带振动能量捕获装置,建立了其力学模型和控制方程。假定车重和车速符合正态分布,利用数值仿真方法,分别针对车重和车速其中一个参数随机变化及车重和车速两个参数同时随机变化这两种情况,研究并分析了车重和车速均值和方差对减速带发电功率的影响规律,研究结果表明,减速带发电系统输出功率随着车重均值和方差的增加而增大。不同车重均值的车辆通过减速带时,减速带发电功率最大值所对应的车速均值不同,最佳车速均值约在20~25 km/h之间,减速带发电功率随着速度方差的增大而逐渐减小,在较大发电功率下,双稳态发电振子在两个平衡点间产生大幅混沌运动,处于有利于发电的状态. 展开更多

关键词 减速带 振动能量捕获 双稳态 正态分布 发电性能

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改进的双稳态涡激振动能量收集器的发电性能研究 被引量：3

7

作者 胡晨阳 吴子英 +1 位作者 常宇琛 严涵 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2020年第10期1555-1562,共8页

随着低功耗传感器的出现,利用流致振动为传感器提供自供电是研究环境监测中的热点。本文将改进的非线性恢复力与涡激振动相结合,提出改进的双稳态涡激振动能量收集器,建立力学模型及控制方程,借助数值仿真得出改进的双稳态涡激振动能量... 随着低功耗传感器的出现,利用流致振动为传感器提供自供电是研究环境监测中的热点。本文将改进的非线性恢复力与涡激振动相结合,提出改进的双稳态涡激振动能量收集器,建立力学模型及控制方程,借助数值仿真得出改进的双稳态涡激振动能量收集器在能量收集方面优于双稳态涡激振动能量收集器,研究并分析了磁距对能量收集系统势能函数及发电功率的影响,借助半功率带宽法,确定了系统在不同磁距下的工作带宽,分析了磁距对发电功率及工作带宽的影响。 展开更多

关键词 双稳态 涡激振动 能量捕获 输出功率 工作带宽

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白噪声激励下含线性振子的双稳态能量捕获器动力学特性研究

8

作者 牛峰琦 吴子英 李孙猛 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2016年第11期1657-1664,共8页

目前,将环境振动直接转换为电能已成为能量捕获器研究的热点。对附加线性振子的双稳态电磁式能量捕获系统建立了动力学方程,从数值仿真的角度研究了白噪声激励下含线性振子的双稳态能量捕获器的动力学行为,分析了噪声强度、系统质量比... 目前,将环境振动直接转换为电能已成为能量捕获器研究的热点。对附加线性振子的双稳态电磁式能量捕获系统建立了动力学方程,从数值仿真的角度研究了白噪声激励下含线性振子的双稳态能量捕获器的动力学行为,分析了噪声强度、系统质量比和频率比对发电性能的影响。计算结果表明,随着噪声强度、质量比和频率比的增大,双稳态发电振子的运动幅值在不断增大,并且会产生大幅混沌运动,同时系统的输出电压也在不断增大,为双稳态电磁式能量捕获系统的相关研究提供了理论基础。 展开更多

关键词 白噪声激励 双稳态能量捕获器 噪声强度 质量比 频率比

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基于电磁感应能量捕获技术的磁流变阻尼器研究 被引量：12

9

作者 蒋学争 胡红生 王炅 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2012年第13期11-15,共5页

针对目前智能结构磁流变阻尼器工作时需要外部电能输入的问题,提出一种可以自行获得电能、无需外部电能输入的新型磁流变阻尼器。与常规的磁流变阻尼器相比,该新型磁流变阻尼器能利用自带的电磁感应能量捕获结构将外界环境振动能量转换... 针对目前智能结构磁流变阻尼器工作时需要外部电能输入的问题,提出一种可以自行获得电能、无需外部电能输入的新型磁流变阻尼器。与常规的磁流变阻尼器相比,该新型磁流变阻尼器能利用自带的电磁感应能量捕获结构将外界环境振动能量转换为其自身可用的电能,从而省去外部电源设备,提高磁流变振动控制系统的可靠性。首先论述该新型磁流变阻尼器的结构特征及其电能收集的理论模型,然后对其捕获电能的能力进行模拟仿真,最后在实验台架上对实际加工的实验器件原型进行实验研究。实验结果表明:在外界振动条件下,该新型磁流变阻尼器可以在无需外界电能输入的情况下改变阻尼特性,实现对振动的无源智能控制。 展开更多

关键词 磁流变阻尼器 能量捕获 电磁感应 振动控制

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考虑线性/非线性恢复力的流致振动能量捕获技术研究进展 被引量：1

10

作者 常宇琛 吴子英 《机械设计》 CSCD 北大核心 2021年第9期1-14,共14页

基于流致振动能量的捕获理论作为典型的流-固-电耦合、复杂的非线性现象,受到了诸多学者关注。以流致振动的能量捕获中研究较多的涡激振动和驰振为对象,从涡激振动能量捕获和驰振能量捕获装置的简化力学模型出发,将其从简化的线性力学... 基于流致振动能量的捕获理论作为典型的流-固-电耦合、复杂的非线性现象,受到了诸多学者关注。以流致振动的能量捕获中研究较多的涡激振动和驰振为对象,从涡激振动能量捕获和驰振能量捕获装置的简化力学模型出发,将其从简化的线性力学模型和非线性力学模型,并分别从力学模型、控制方程、研究方法、应用场合等方面对其进行了分析、对比和总结;最后对基于涡激振动和驰振的能量捕获理论研究进行了展望。 展开更多

关键词 流致振动 能量捕获器 线性 非线性 进展

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新型双稳态压电振动俘能系统的理论建模与实验研究 被引量：24

11

作者 张旭辉 赖正鹏 +3 位作者 吴中华 谭厚志 左萌 樊红卫 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期87-96,共10页

针对线性压电俘能系统的共振频带窄、俘能方向单一、发电效率低等问题,设计了一种双稳态磁力耦合多悬臂梁俘能结构。利用广义Hamilton变分原理建立了系统分布式力-电-磁耦合模型,结合数值计算和实验验证方法揭示了磁铁间距、外界振动激... 针对线性压电俘能系统的共振频带窄、俘能方向单一、发电效率低等问题,设计了一种双稳态磁力耦合多悬臂梁俘能结构。利用广义Hamilton变分原理建立了系统分布式力-电-磁耦合模型,结合数值计算和实验验证方法揭示了磁铁间距、外界振动激励条件对压电俘能系统响应特性的影响规律。研究结果表明:在合适的磁距和外界振动激励条件下,系统的输出电压可达18V,是线性压电振动俘能系统的3.5倍,有效工作频带是线性压电振动俘能系统的3.1倍,说明双稳态压电振动俘能系统具有明显拓宽有效工作频带和提升发电效率的能力,为压电俘能系统工程化应用提供了理论依据。 展开更多

关键词 压电俘能器 振动能量采集器 双稳态 多悬臂梁 力-电-磁耦合模型

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考虑非线性阻尼的双稳态电磁式吸振器的动力学特性研究 被引量：2

12

作者 刘丽兰 任博林 +1 位作者 朱国栋 杨倩倩 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第17期91-96,共6页

将非线性阻尼引入到双稳态电磁式振动能量捕获器中,提出了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器。建立了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器和主系统的力学模型和数学模型。分析了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器随非线性阻尼系数的分岔情况。数值仿... 将非线性阻尼引入到双稳态电磁式振动能量捕获器中,提出了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器。建立了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器和主系统的力学模型和数学模型。分析了考虑非线性阻尼的双稳态吸振器随非线性阻尼系数的分岔情况。数值仿真研究发现,特别是在频率共振区域,考虑附加非线性阻尼的双稳态吸振器比线性阻尼的双稳态吸振器对主系统减振更有优势。并进一步获得了主系统及考虑非线性阻尼的双稳态吸振器振动能量随非线性阻尼参数的变化曲线,发现了非线性阻尼对主系统减振及吸振器发电的影响规律。上述研究工作可为双稳态吸振器的研究提供参考。 展开更多

关键词 非线性阻尼 双稳态吸振器 共振 振动能量 平均功率

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