【摘要】：壓電振動俘能器是基于壓電效應(yīng)把環(huán)境中的振動能轉(zhuǎn)化成電能,具有能量密度高、響應(yīng)快、壽命長、無污染、結(jié)構(gòu)簡單且易于集成到微電子系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn),可為微電子、MEMS和微傳感器等低功率電子產(chǎn)品供能,是目前動力學(xué)與控制學(xué)科研究的熱點(diǎn)方向之一。流致振動壓電俘能器通過結(jié)構(gòu)在流體中由流固耦合作用而產(chǎn)生振動并進(jìn)一步利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換,是一種流-固-電耦合系統(tǒng)。如何提高其能量轉(zhuǎn)換效率和環(huán)境的適應(yīng)性,俘能器結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性分析是關(guān)鍵所在。本論文根據(jù)流致振動相關(guān)理論和目前基礎(chǔ)振動壓電俘能器研究基礎(chǔ),設(shè)計(jì)一種新型流致振動附磁壓電俘能器。基于繞流體渦激振動原理和壓電效應(yīng)采集電能,通過振動理論和實(shí)驗(yàn)分析俘能器振動頻率影響參數(shù);利用有限元仿真模擬壓電俘能器外流場特性以及流場對壓電俘能器的影響;通過實(shí)驗(yàn)研究壓電俘能器能量采集性能的影響。論文的研究內(nèi)容主要包括以下三個部分(1)附磁壓電俘能器的固有頻率分析:利用機(jī)械振動理論計(jì)算俘能器結(jié)果固有頻率,分析基層長度和繞流體質(zhì)量對俘能器系統(tǒng)固有頻率的影響規(guī)律;利用渦激脫落理論計(jì)算流致振動渦激頻率,分析不同流速與繞流體直徑對俘能器振動頻率的影響;通過對附磁壓電俘能器進(jìn)行掃頻實(shí)驗(yàn)研究,分析磁間距與磁極布置對壓電俘能器固有頻率的影響。(2)附磁壓電俘能器的流固耦合有限元仿真分析:在流場中,結(jié)構(gòu)受到流場激勵產(chǎn)生振動并對流場的流速分布、旋渦分布以及壓力分布等產(chǎn)生影響,該部分內(nèi)容主要研究俘能器結(jié)構(gòu)的流致振動響應(yīng),利用有限元仿真分析俘能器在不同流速中的位移、應(yīng)變、應(yīng)力、輸出電壓以及電場強(qiáng)度等規(guī)律。(3)附磁壓電俘能器能量采集特性的實(shí)驗(yàn)研究:搭建附磁圓柱繞流壓電俘能器水下能量采集特性研究的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)并介紹實(shí)驗(yàn)平臺、實(shí)驗(yàn)夾具以及實(shí)驗(yàn)構(gòu)件等;針對圓柱形繞流體結(jié)構(gòu),分析流速、磁間距、磁極以及壓電層長度對壓電俘能器俘能效果的影響;對比分析圓形截面繞流體與方形截面繞流體、D形后圓截面繞流體的壓電俘能器在水中的俘能效果的差異;有限元與實(shí)驗(yàn)對比分析不同倒圓角繞流體的壓電俘能器俘能特性;分析D形繞流體的前圓截面與后圓截面對壓電俘能器的影響。
【圖文】：

北京工業(yè)大學(xué)工程碩士專業(yè)學(xué)位論文Bernoulli 梁假設(shè)的懸臂式壓電俘能器的解析解，，在力率阻尼和空氣阻尼。2009 年，他們分析并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)[19]。同年他們研究發(fā)現(xiàn)了分段電極。同時驗(yàn)證了過高的末端質(zhì)量具有一定的副作用[20]。200010000電系統(tǒng)變壓器

1.510.421.451.41.180.60.310.240.16功率密度（mWcm-3）頻諧振直懸臂梁質(zhì)量的2D懸臂梁優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)二氧化硅壓電層NaNbO3納米纖維磁壓電混合模式AIN陶瓷材料型梁-質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)電片的固有頻率圖 1-3 2005 年-2014 年壓電系統(tǒng)發(fā)展.1-3 Development of piezoelectric system from 2005 to 激勵壓電俘能器研究現(xiàn)狀礎(chǔ)激勵壓電俘能器僅在基礎(chǔ)激勵頻率達(dá)到俘能振時，輸出功率達(dá)到最大值。激勵頻率低于固能器能量轉(zhuǎn)換效率極低。如圖 1-4 所示線性壓21]。
【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】：2018
【分類號】：TM619

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2653604