本文關(guān)鍵詞：雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電能量采集結(jié)構(gòu)的發(fā)電特性與非線性動力學(xué)研究

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【摘要】：隨著科技的進(jìn)步以及人們對于生存環(huán)境的逐漸重視,針對新能源技術(shù)的研究成為了眾多科研工作者的研究熱點,基于壓電效應(yīng)的振動能量采集技術(shù)作為新能源領(lǐng)域的一大亮點近年來備受關(guān)注。壓電能量采集技術(shù)具有響應(yīng)快、無污染、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單且易于組裝等優(yōu)點。該項技術(shù)集合了機械、力學(xué)、材料、電子等眾多學(xué)科的知識,為交叉性研究領(lǐng)域。本課題以雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁結(jié)構(gòu)壓電能源采集器為研究對象,分析其發(fā)電效應(yīng)與非線性動力學(xué)特性。本文既有理論研究也進(jìn)行了實驗研究,將雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁與單穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的發(fā)電能力進(jìn)行對比,分析其發(fā)電的優(yōu)勢�；趥鹘y(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁模型,設(shè)計了一系列的優(yōu)化模型,對各優(yōu)化模型進(jìn)行壓電發(fā)電分析。對傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁進(jìn)行發(fā)電特性與非線性動力學(xué)實驗研究。推導(dǎo)傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁機電耦合方程,分析其發(fā)電特性與動力學(xué)響應(yīng),與實驗結(jié)果進(jìn)行對比分析。對優(yōu)化結(jié)構(gòu)中發(fā)電效果較好的縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁模型進(jìn)行發(fā)電特性與非線性動力學(xué)實驗研究。推導(dǎo)縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁模型的動力學(xué)方程,數(shù)值分析,研究發(fā)電特性與動力學(xué)響應(yīng),將實驗結(jié)果與理論結(jié)果對比分析。論文的研究內(nèi)容分為以下幾部分。(1)比較雙穩(wěn)態(tài)與單穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電能力的強弱,基于傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁模型建立一系列優(yōu)化模型,比較不同優(yōu)化模型的壓電發(fā)電能力。(2)對傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁進(jìn)行動力學(xué)實驗研究。分析系統(tǒng)的剛度特性,利用位移的正向和逆向掃頻,研究系統(tǒng)的軟硬彈簧特性。進(jìn)行動力學(xué)行為分析,研究外激勵、磁鐵之間的距離對于系統(tǒng)動力學(xué)行為的影響。(3)考慮曲率非線性以及磁力非線性,應(yīng)用Hamilton原理建立傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的動力學(xué)方程。分析了系統(tǒng)的應(yīng)變能。對動力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了分叉圖、時間歷程圖、相圖、幅值譜和Poincare截面圖,分別研究了外激勵振幅、外激勵頻率、阻尼系數(shù)及壓電參數(shù)等參數(shù)對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。(4)對縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁進(jìn)行動力學(xué)實驗研究。分析系統(tǒng)的剛度特性,利用位移的正向和逆向掃頻,研究系統(tǒng)的軟硬彈簧特性。進(jìn)行動力學(xué)行為分析,研究外激勵、主磁鐵之間的距離、主磁鐵與輔助磁鐵之間的距離對于系統(tǒng)動力學(xué)行為的影響。(5)考慮曲率非線性、磁力非線性以及慣性非線性,考慮梁的彎曲變形引起的縮回,考慮磁鐵轉(zhuǎn)動引起的縮回。應(yīng)用Hamilton原理建立縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁的動力學(xué)方程。分析系統(tǒng)的應(yīng)變能。對動力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)值模擬,分析分叉圖、時間歷程圖、相圖和幅值譜,分別研究了外激勵振幅、外激勵頻率以及阻尼系數(shù)對系統(tǒng)動力學(xué)特性的影響。
【關(guān)鍵詞】：雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁 優(yōu)化結(jié)構(gòu) 非線性動力學(xué) 發(fā)電能力 輔助磁力
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM619
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-26
• 1.1 引言10-14
• 1.1.1 能量采集器介紹10-11
• 1.1.2 壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)11
• 1.1.3 壓電發(fā)電原理11-12
• 1.1.4 壓電材料12-14
• 1.2 壓電能源采集器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-22
• 1.2.1 雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電能量采集結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 壓電能量采集結(jié)構(gòu)的發(fā)電特性與非線性動力學(xué)研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.3 其它壓電能量采集器結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.2.4 壓電能量采集結(jié)構(gòu)的實驗研究現(xiàn)狀20-22
• 1.3 壓電能源采集器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析22-23
• 1.4 課題主要內(nèi)容23-26
• 1.4.1 課題來源23
• 1.4.2 課題研究內(nèi)容23-26
• 第2章 雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁及其優(yōu)化結(jié)構(gòu)的壓電效應(yīng)研究26-48
• 2.1 引言26
• 2.2 實驗介紹26-31
• 2.2.1 實驗原理與設(shè)備26-27
• 2.2.2 實驗軟件介紹27-29
• 2.2.3 實驗材料介紹29
• 2.2.4 實驗夾具設(shè)計29-31
• 2.3 單穩(wěn)態(tài)壓電梁與雙穩(wěn)態(tài)壓電梁發(fā)電性能的比較31-32
• 2.4 傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)模型壓電性能實驗研究32-36
• 2.5 雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁優(yōu)化結(jié)構(gòu)的建立及其發(fā)電特性研究36-47
• 2.5.1 縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)模型壓電性能的實驗研究36-41
• 2.5.2 橫向輔磁雙穩(wěn)態(tài)模型壓電性能的實驗研究41-42
• 2.5.3 單側(cè)輔磁雙穩(wěn)態(tài)模型壓電性能的實驗研究42-44
• 2.5.4 層間局部分離雙穩(wěn)態(tài)模型壓電性能的實驗研究44-47
• 2.6 本章小結(jié)47-48
• 第3章 傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁復(fù)雜非線性動力學(xué)行為實驗研究48-70
• 3.1 引言48
• 3.2 系統(tǒng)剛度特性實驗48-50
• 3.3 傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁動力學(xué)行為實驗結(jié)果50-68
• 3.3.1 磁間距對動力學(xué)行為的影響50-55
• 3.3.2 激勵幅值對動力學(xué)行為的影響55-63
• 3.3.3 梁的尺寸參數(shù)對于動力學(xué)行為的影響63-68
• 3.4 本章小結(jié)68-70
• 第4章 傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁動力學(xué)模型的建立及其數(shù)值分析70-86
• 4.1 引言70
• 4.2 雙穩(wěn)態(tài)Euler-Bernoulli壓電懸臂梁動力學(xué)建模70-77
• 4.3 傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁應(yīng)變能分析77-78
• 4.4 傳統(tǒng)雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁動力學(xué)與電學(xué)響應(yīng)分析78-84
• 4.5 本章小結(jié)84-86
• 第5章 縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁復(fù)雜非線性動力學(xué)行為實驗研究86-102
• 5.1 引言86
• 5.2 系統(tǒng)剛度特性實驗86-88
• 5.3 縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁動力學(xué)行為分析88-100
• 5.3.1 主磁間距對縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動特性的影響88-90
• 5.3.2 主輔磁間距對縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動特性的影響90-96
• 5.3.3 逆向掃頻時縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動特性情況96-100
• 5.4 本章小結(jié)100-102
• 第6章 縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁動力學(xué)模型的建立及其數(shù)值分析102-122
• 6.1 引言102
• 6.2 縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)Euler-Bernoulli壓電懸臂梁動力學(xué)建模102-111
• 6.3 縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁應(yīng)變能分析111-112
• 6.4 縱向輔磁雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁動力學(xué)與電學(xué)響應(yīng)分析112-121
• 6.5 本章小結(jié)121-122
• 結(jié)論122-124
• 參考文獻(xiàn)124-130
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果130-132
• 致謝132

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本文編號：828451