【摘要】：雙穩(wěn)振動能量收集器件有高的能量轉(zhuǎn)化效率,并且對載荷及結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化具有魯棒性,因此特別適于收集真實環(huán)境中的寬帶能量。本文首先建立高斯白噪聲激勵下雙穩(wěn)振動能量收集器件隨機響應(yīng)的半解析分析技術(shù),而后,在此基礎(chǔ)上,完成淺球殼型和柱殼型雙穩(wěn)振動能量收集器件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,建立普適設(shè)計圖線。在隨機響應(yīng)分析方面,發(fā)展了兩步近似技術(shù)處理耦合的非線性隨機微分方程組。收集電路對機械子系統(tǒng)的影響由修正的保守機制和耗散機制替換,通過引入廣義諧和變換導出相應(yīng)于原始耦合系統(tǒng)的修正機械系統(tǒng)。人為設(shè)定一個非線性隨機系統(tǒng)族,其中任一系統(tǒng)均有解析的穩(wěn)態(tài)概率密度；以與修正機械系統(tǒng)均方差最小為準則,在非線性隨機系統(tǒng)族中,確立修正機械系統(tǒng)的等效非線性系統(tǒng)。從而,由等效非線性系統(tǒng)的各統(tǒng)計量近似原始耦合系統(tǒng)的響應(yīng)統(tǒng)計。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方面,分別研究了淺球殼型及柱殼型兩類典型結(jié)構(gòu)形式的雙穩(wěn)振動能量收集器件。首先,應(yīng)用假設(shè)模態(tài)法和拉格朗日方程法,導出結(jié)構(gòu)的非線性隨機微分方程。采用穩(wěn)態(tài)期望穿閾率描述殼體結(jié)構(gòu)的跳變頻率,并分別選取淺球殼處于底圓位置和柱殼頂端處于由兩固定直線邊界所確定的平面位置時的應(yīng)變能為參考應(yīng)變能,衡量每次跳變相應(yīng)的可收集能量。以穩(wěn)態(tài)期望穿閾率與參考應(yīng)變能的乘積構(gòu)造可收集功率概念,以可收集功率最大為目標,導出最優(yōu)的無量綱幾何參數(shù)和相應(yīng)的可收集功率。
[Abstract]:Bistable vibrational energy collection devices have high energy conversion efficiency and are robust to changes in load and structural parameters, so they are especially suitable for collecting broadband energy in real environment. In this paper, the semi-analytical analysis technique of random response of bistable vibration energy collection device excited by Gao Si white noise is established, and then, the structure optimization design of shallow spherical shell and cylindrical shell bistable vibration energy collection device is completed. Set up universal design drawing line. In the aspect of stochastic response analysis, a two-step approximation technique is developed to deal with coupled nonlinear stochastic differential equations. The influence of the collection circuit on the mechanical subsystem is replaced by the modified conservative mechanism and dissipative mechanism, and the modified mechanical system corresponding to the original coupling system is derived by introducing the generalized harmonic transformation. A family of nonlinear stochastic systems is artificially set, in which each system has an analytic steady-state probability density, and the minimum mean square error of the modified mechanical system is taken as the criterion in the family of nonlinear stochastic systems. The equivalent nonlinear system of modified mechanical system is established. Thus, each statistic of the equivalent nonlinear system approximates the response statistics of the original coupled system. In the aspect of structural optimization, bistable vibration energy collection devices with shallow spherical shell and cylindrical shell are studied. Firstly, the nonlinear stochastic differential equations of structures are derived by using the assumed mode method and Lagrange equation method. The steady-state expected threshold rate is used to describe the hopping frequency of shell structure, and the strain energy of shallow spherical shell in the bottom circle position and the cylindrical shell top in the plane position determined by two fixed linear boundaries is selected as the reference strain energy, respectively. Measure the amount of energy that can be collected for each jump. The concept of collectable power is constructed based on the product of steady-state expected threshold rate and reference strain energy. The optimal dimensionless geometric parameters and the corresponding collectable power are derived with the maximum collectable power as the target.
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM619

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本文編號：2201026