本文關(guān)鍵詞：一種新型分體式壓電俘能器研究

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【摘要】：微電子系統(tǒng)以其便攜和功能繁多的特點(diǎn),在我們?nèi)粘Ｉ钪衅鸬皆絹碓街匾淖饔�。隨著MEMS和超大集成電路低能耗設(shè)計技術(shù)的飛速發(fā)展,許多微電子器件能耗降至幾百甚至幾十微瓦。這使得我們可從日常環(huán)境中俘獲能量,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)化學(xué)電池,為微電子設(shè)備供能。壓電材料具有優(yōu)良的力電耦合性能,適合制造一種俘獲環(huán)境中機(jī)械能并將之轉(zhuǎn)化為電能的壓電器件,我們將其稱為壓電俘能器。近年來,國內(nèi)外學(xué)者針對壓電俘能展開了廣泛的研究�；趯σ延醒芯康姆治�,本文歸納并總結(jié)現(xiàn)有壓電俘能器設(shè)計所存在的缺陷,創(chuàng)新性地提出分體式壓電俘能器設(shè)計理念。通過理論研究與仿真模擬相結(jié)合的形式,對所設(shè)計的壓電俘能器結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。并模擬人行荷載下俘能器的功率輸出情況,證明俘能器結(jié)構(gòu)的合理性與實(shí)用性。具體研究成果有以下幾點(diǎn)：(1)通過分析和總結(jié)已有壓電俘能器結(jié)構(gòu)傳力路徑,闡明結(jié)構(gòu)剛度與俘能效率存在的必然矛盾,并綜合俘能器設(shè)計中其它常見缺點(diǎn),創(chuàng)新地提出一種新型分體式壓電俘能器結(jié)構(gòu)設(shè)計。(2)以線性壓電理論為基礎(chǔ),結(jié)合本文壓電俘能器幾何傳力特性,推導(dǎo)出壓電俘能器在簡諧荷載作用下電壓幅值與平均功率的解析解。通過數(shù)值分析,指出俘能器中壓電材料幾何參數(shù)如何選取更合理。(3)通過ANSYS仿真模擬,對模型結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)一步分析,得出仿真模擬值低于解析解數(shù)值是由于材料并非完全剛體所導(dǎo)致的結(jié)論。對傳力塊尺寸進(jìn)行參數(shù)討論,取得較好優(yōu)化效果。(4)通過ANSYS仿真模擬可得：一個體重為60kg的行人單步荷載在俘能器上能轉(zhuǎn)化輸出148.572μW能量,功率密度達(dá)到46.428μW/cm3,功率大于一次性鋰電池,因此本文設(shè)計的俘能器具有一定的工程應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：壓電俘能器 分體式 ANSYS仿真
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM619
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-20
• 1.1 課題研究背景與意義11-13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-19
• 1.3 本課題主要工作和研究意義19-20
• 2 壓電俘能基本原理20-29
• 2.1 壓電效應(yīng)和壓電方程20-23
• 2.1.1 壓電效應(yīng)20-21
• 2.1.2 壓電方程21-23
• 2.2 壓電材料主要性能參數(shù)23-25
• 2.3 壓電振子25-28
• 2.3.1 振動模式25-27
• 2.3.2 激勵形式27
• 2.3.3 等效電路27-28
• 2.3.4 聯(lián)接方式28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 3 一種新型俘能器設(shè)計與分析29-41
• 3.1 模型概述29-31
• 3.1.1 設(shè)計思路與工作原理29-30
• 3.1.2 模型外觀尺寸30-31
• 3.2 解析分析31-37
• 3.2.1 俘能器傳力分析31-33
• 3.2.2 單片壓電振子輸出求解33-35
• 3.2.3 理論模型驗(yàn)證35-36
• 3.2.4 串、并聯(lián)解析解36-37
• 3.3 模型參數(shù)分析37-40
• 3.3.1 單片壓電振子參數(shù)37-38
• 3.3.2 串、并聯(lián)疊堆參數(shù)38-39
• 3.3.3 傳力結(jié)構(gòu)參數(shù)39-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 4 有限元仿真分析41-57
• 4.1 相關(guān)軟件簡介41-43
• 4.1.1 Solidworks功能與作用41-42
• 4.1.2 ANSYS功能與作用42-43
• 4.2 有限元仿真分析43-52
• 4.2.1 有限元模型建立43-47
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)形變分析47-48
• 4.2.3 俘能器輸出分析48-52
• 4.3 人行荷載52-56
• 4.3.1 人行荷載曲線53-55
• 4.3.2 有限元仿真分析55-56
• 4.4 本章小結(jié)56-57
• 5 結(jié)論與展望57-59
• 5.1 主要研究結(jié)論57
• 5.2 思考與展望57-59
• 參考文獻(xiàn)59-64
• 作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果64-66
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集66

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1 杜設(shè)亮,傅建中,張云,陳子辰;仿生主動構(gòu)件壓電變換器研究[J];中國機(jī)械工程;2001年05期

2 蔣建平;李東旭;;壓電層合板高階計算模型[J];振動與沖擊;2008年04期

3 孫浩;楊智春;李凱翔;解江;李斌;張玲凌;;壓電分流阻尼控制精密機(jī)械結(jié)構(gòu)振動的研究[J];振動與沖擊;2008年06期

4 丁大成,牛勇;壓電陶瓷復(fù)合振子的電聲效率與振子壓電片位置關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[J];聲學(xué)學(xué)報;1983年06期

5 林西強(qiáng),任鈞國;含壓電片層合板的靜變形控制[J];固體力學(xué)學(xué)報;1998年04期

6 林西強(qiáng),任鈞國;含壓電片梁的靜變形控制[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報;1998年04期

7 李書光,胡松青,張軍;圓管狀壓電片低頻接收電壓靈敏度的一種簡化分析法[J];青島大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2002年01期

8 楊智春,孫浩,崔海濤;壓電分流阻尼控制懸臂梁振動的參數(shù)優(yōu)化分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2005年06期

9 劉登云;陳洪濤;楊志剛;程光明;;壓電疊堆泵的初步研究[J];液壓與氣動;2007年03期

10 吳磊;王建國;;壓電片位置和大小對板振動控制的影響[J];合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2007年08期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 常道慶;劉碧龍;李曉東;田靜;;智能吸聲控制中壓電片位置的選取[A];中國聲學(xué)學(xué)會2007年青年學(xué)術(shù)會議論文集（上）[C];2007年

2 匡友弟;王卓;李國清;陳傳堯;;節(jié)式壓電梁的電阻抗模擬和實(shí)驗(yàn)研究[A];第二屆全國壓電和聲波理論及器件技術(shù)研討會摘要集[C];2006年

3 尹瀟然;李國清;徐巍;繆幸圓;;有限元法與阻抗法分析壓電智能梁的傳感與激勵[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年

4 楊亞東;王軍;馮國旭;程小全;;壓電懸臂梁的壓電片位置及主動控制研究[A];經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變與自主創(chuàng)新——第十二屆中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會年會（第二卷）[C];2010年

5 徐巍;李國清;尹瀟然;繆幸圓;;有限元法與阻抗法分析壓電激勵下的彈性薄板[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年

6 段吉棟;何遠(yuǎn)航;;壓電蜂窩結(jié)構(gòu)振動控制研究[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

7 袁學(xué)帥;陳富軍;姚林泉;;壓電層合結(jié)構(gòu)的子域配點(diǎn)法[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年

8 吳鵬;曹東興;;一種新型壓電俘能器的動力學(xué)建模及振動特性分析[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

9 裘進(jìn)浩;季宏麗;劉建;朱孔軍;;壓電功能器件及其在智能結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[A];第三屆全國壓電和聲波理論及器件技術(shù)研討會論文集[C];2008年

10 張立;郭定文;王秋蓉;;壓電降噪的多物理場建模分析方法[A];運(yùn)輸噪聲的預(yù)測與控制——2009全國環(huán)境聲學(xué)學(xué)術(shù)會議論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 浙江 張培君;壓電式電子門鈴[N];電子報;2007年

2 臺灣省臺北市 何X山;用壓電式蜂鳴器產(chǎn)生 直流電壓的實(shí)驗(yàn)[N];電子報;2004年

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1 馬天兵;壓電智能結(jié)構(gòu)振動主動控制關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

2 郭抗抗;雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁俘能器的動態(tài)響應(yīng)及發(fā)電性能研究[D];天津大學(xué);2015年

3 龐帥;風(fēng)致壓電振動能量收集與存儲技術(shù)研究[D];北京林業(yè)大學(xué);2016年

4 徐振龍;磁力耦合壓電電磁復(fù)合俘能器發(fā)電特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

5 魏勝;基于碰撞致上變頻原理的壓電能量收集技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

6 陳奕聲;路面車致變形的壓電俘能機(jī)理研究[D];浙江大學(xué);2016年

7 陳圣兵;基于壓電分流陣列的帶隙調(diào)控及振動抑制[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

8 胡洪平;低頻壓電俘能器研究[D];華中科技大學(xué);2006年

9 王紅艷;梁結(jié)構(gòu)壓電及壓電電磁復(fù)合俘能器模型的建立與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2013年

10 閆震;提高壓電振動發(fā)電機(jī)發(fā)電能力的理論及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];華北電力大學(xué);2012年

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1 任佳琦;基于諧振式懸臂梁的壓電—電磁復(fù)合俘能技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

2 張?zhí)N馨;壓電非線性俘能電路及其在道路狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用[D];北京交通大學(xué);2016年

3 張錦;基于壓電纖維復(fù)合材料的柔性結(jié)構(gòu)振動半主動控制研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

4 鄧文;基于壓電阻抗模型參數(shù)識別的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

5 高秀;基于鈍體繞流的壓電發(fā)電模型研究[D];東南大學(xué);2015年

6 李曉旭;壓電慣性驅(qū)動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動力和運(yùn)動參數(shù)測試研究[D];浙江師范大學(xué);2015年

7 牛凱強(qiáng);壓電致動聲襯及其消聲性能研究[D];中北大學(xué);2016年

8 武麗森;復(fù)合式俘能器結(jié)構(gòu)分析與能量管理電路設(shè)計[D];北京理工大學(xué);2016年

9 李澤君;剪切壓電慣性驅(qū)動器的仿真分析與試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2016年

10 黃然;非線性預(yù)加載壓電懸臂梁制動器的設(shè)計與試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2016年

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