本文關(guān)鍵詞：扭轉(zhuǎn)及彎曲壓電梁渦激振動(dòng)俘能研究

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【摘要】：自然界中,低速流動(dòng)的水流廣泛存在。設(shè)計(jì)加工俘能裝置,將這些低速流體中蘊(yùn)含的水能轉(zhuǎn)換為電能已經(jīng)成為當(dāng)下學(xué)者們的研究熱點(diǎn)。當(dāng)?shù)退偎髁鹘?jīng)圓柱時(shí),會(huì)發(fā)生渦激振動(dòng),激勵(lì)圓柱周期性地低頻振動(dòng),將壓電梁與圓柱剛性連接后,與圓柱一起周期性振動(dòng),極化發(fā)電。單個(gè)俘能器可以為間歇性低功耗裝置和無(wú)線小型電子設(shè)備供能,同時(shí),多組俘能器的陣列組合,可以為大型電子設(shè)備持續(xù)供電。閱讀相關(guān)文獻(xiàn),通過(guò)圓柱偏心設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)加工了扭轉(zhuǎn)型和彎扭復(fù)合型渦激振動(dòng)壓電俘能器,用于俘獲低速水流中的水能,并對(duì)其進(jìn)行了一系列的數(shù)值分析和實(shí)驗(yàn)研究�；诹黧w渦激振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、壓電學(xué)、歐拉伯努利梁、Galerkin離散等理論,建立了壓電梁的數(shù)學(xué)模型,結(jié)合Lagrange方程,建立了渦激振動(dòng)俘能器的非線性能量控制方程。利用建立的能量控制方程,對(duì)設(shè)計(jì)的俘能器進(jìn)行了數(shù)值分析,對(duì)比它們的振動(dòng)特性后,選取俘能效果好的彎扭復(fù)合型壓電梁渦激振動(dòng)俘能器作為本文的主要研究對(duì)象,同時(shí),研究了流速、外接負(fù)載電阻、壓電片寬度、圓柱直徑及其質(zhì)量偏心距和圓柱質(zhì)量對(duì)俘能器俘能特性的影響。在環(huán)境中水流流速一定的情況下,合理的選取外接電阻,壓電梁以及偏心圓柱的尺寸以盡可能最大限度的俘獲能量。研制了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),加工裝配了俘能器,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)值分析的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)與數(shù)值分析的結(jié)果無(wú)論在趨勢(shì)還是數(shù)值上都有著很好的一致性,驗(yàn)證了本文數(shù)學(xué)模型的正確性,可以用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)加工高效的俘能器。同時(shí),研制出了彎扭復(fù)合型渦激振動(dòng)壓電俘能器,最大輸出功率為0.4133m W,相比彎振型渦激振動(dòng)壓電俘能器,最大輸出功率提高了130%。本文研究了扭轉(zhuǎn)及彎曲壓電梁渦激振動(dòng)俘能,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了建立理論的模型的正確性,可以用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)加工利用低速水流的高效俘能裝置。
【關(guān)鍵詞】：渦激振動(dòng) 低頻振動(dòng) 扭轉(zhuǎn)振動(dòng) 彎扭復(fù)合 壓電俘能
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TM619
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來(lái)源9
• 1.2 研究背景及意義9-10
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.3.1 渦激振動(dòng)的研究現(xiàn)狀10-13
• 1.3.2 懸臂梁壓電俘能的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.3 空氣中的渦激振動(dòng)壓電俘能15-16
• 1.3.4 水流中的壓電俘能16
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析16-17
• 1.5 本課題的主要研究?jī)?nèi)容17-19
• 第2章 渦激振動(dòng)壓電俘能器的建模19-45
• 2.1 引言19
• 2.2 渦激振動(dòng)壓電俘能器的建模19-30
• 2.3 彎曲及扭轉(zhuǎn)壓電梁渦激振動(dòng)俘能器的建模30-44
• 2.3.1 扭轉(zhuǎn)型壓電梁渦激振動(dòng)俘能器的建模30-35
• 2.3.2 彎扭復(fù)合型壓電梁渦激振動(dòng)俘能器的建模35-44
• 2.4 本章小結(jié)44-45
• 第3章 渦激振動(dòng)壓電俘能器的數(shù)值仿真45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 渦激振動(dòng)壓電俘能器的基本參數(shù)45-46
• 3.3 渦激振動(dòng)壓電俘能器的機(jī)械阻尼比46-47
• 3.4 流速對(duì)俘能器振動(dòng)與俘能特性的影響47-52
• 3.4.1 流速對(duì)俘能器振動(dòng)特性的影響47-49
• 3.4.2 流速對(duì)俘能器俘能特性的影響49-52
• 3.5 渦激振動(dòng)壓電俘能器的最優(yōu)負(fù)載電阻52-55
• 3.6 俘能器尺寸對(duì)俘能器俘能特性的影響55-57
• 3.7 圓柱質(zhì)量對(duì)渦激振動(dòng)壓電俘能器俘能特性的影響57-58
• 3.8 本章小結(jié)58-59
• 第4章 渦激振動(dòng)壓電俘能器的實(shí)驗(yàn)研究59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 試驗(yàn)臺(tái)的研制59-61
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)水槽的研制59-60
• 4.2.2 離心水泵及變頻器的選取60
• 4.2.3 數(shù)據(jù)采集卡與流速儀的選取60-61
• 4.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備的準(zhǔn)備與調(diào)試61-63
• 4.3.1 俘能器的加工裝配61-62
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的調(diào)試62-63
• 4.4 渦激振動(dòng)壓電俘能器俘能特性的實(shí)驗(yàn)研究63-68
• 4.4.1 流速對(duì)俘能器俘能特性影響的實(shí)驗(yàn)研究63-65
• 4.4.2 外接電阻對(duì)俘能器俘能特性影響的實(shí)驗(yàn)研究65-66
• 4.4.3 俘能器尺寸對(duì)俘能特性影響的實(shí)驗(yàn)研究66-67
• 4.4.4 圓柱質(zhì)量對(duì)俘能器俘能特性影響的實(shí)驗(yàn)研究67-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-77
• 致謝77

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