本文關(guān)鍵詞：懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置發(fā)電性能研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在能源日漸緊缺的今天,由于不可再生資源的逐年消耗,能源問(wèn)題被各國(guó)政府、學(xué)術(shù)界乃至廣大公眾所共同關(guān)注,尋找開(kāi)發(fā)一種持久清潔的新能源已經(jīng)成為當(dāng)今世界的一項(xiàng)重要研究課題。作為清潔能源的振動(dòng)能量,在自然環(huán)境中無(wú)處不在,將這些流失的的振動(dòng)能量收集起來(lái)供人類(lèi)使用,可以有效緩解社會(huì)對(duì)能源的需求。目前,將壓電發(fā)電材料與動(dòng)力學(xué)、電學(xué)相結(jié)合,研究收集環(huán)境中的振動(dòng)能逐漸成為一個(gè)備受矚目的課題。懸臂梁壓電發(fā)電裝置是通過(guò)正壓電效應(yīng),利用壓電陶瓷片,將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、綠色環(huán)保并能夠有效地收集自然環(huán)境中的機(jī)械能量。本文通過(guò)研究懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置的發(fā)電特性及其相關(guān)參數(shù)對(duì)其發(fā)電性能的影響規(guī)律,對(duì)發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種以懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置為核心的壓電發(fā)電自供能無(wú)線鍵盤(pán),以期實(shí)現(xiàn)無(wú)線鍵盤(pán)的自供能。論文基于有限元分析軟件ANSYS,對(duì)懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置發(fā)電電壓進(jìn)行仿真,分析了不同激勵(lì)位移、不同基板材料和不同壓電片厚度對(duì)發(fā)電電壓的影響規(guī)律,為選擇合適的基板材料、壓電片厚度進(jìn)行壓電發(fā)電提供依據(jù)。通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路,分析了低頻條件2Hz下,壓電陶瓷片在壓電單晶片連接、壓電雙晶片按照壓電單晶片連接、壓電雙晶片串聯(lián)、壓電雙晶片并聯(lián)四種不同連接方式下的發(fā)電性能,得出不同連接方式下發(fā)電電壓、內(nèi)阻及發(fā)電電能的變化規(guī)律,為選擇合適的連接方式進(jìn)行壓電發(fā)電提供依據(jù)。在仿真和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,對(duì)懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置進(jìn)行等強(qiáng)度梁和等應(yīng)力板兩種方式結(jié)構(gòu)優(yōu)化,并對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,得出在最優(yōu)條件、最優(yōu)結(jié)構(gòu)下的懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置確實(shí)能夠提高發(fā)電性能。最后,以?xún)?yōu)化后的懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置為核心,設(shè)計(jì)了一種壓電發(fā)電自供能無(wú)線鍵盤(pán),對(duì)壓電發(fā)電自供能無(wú)線鍵盤(pán)各組成部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。
【關(guān)鍵詞】：懸臂梁 壓電發(fā)電 位移激勵(lì) 仿真分析 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TM619
【目錄】：

• 摘要8-9
• Abstract9-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 課題研究背景14-15
• 1.2 壓電發(fā)電裝置的國(guó)內(nèi)外理論與實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀15-19
• 1.2.1 壓電發(fā)電裝置的研究15-16
• 1.2.2 壓電發(fā)電存儲(chǔ)電路的研究16-17
• 1.2.3 壓電發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用研究17-19
• 1.3 論文主要內(nèi)容19-21
• 第2章 懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電理論21-34
• 2.1 壓電效應(yīng)21
• 2.2 壓電陶瓷21-24
• 2.2.1 壓電材料及其發(fā)展21
• 2.2.2 壓電陶瓷性能參數(shù)21-23
• 2.2.3 壓電方程23-24
• 2.3 懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置簡(jiǎn)介24-27
• 2.3.1 壓電振子簡(jiǎn)介24-25
• 2.3.2 壓電振子振動(dòng)模式25
• 2.3.3 壓電振子支撐方式25-26
• 2.3.4 壓電振子的激勵(lì)方式26-27
• 2.4 懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置位移激勵(lì)下輸出電壓與電能數(shù)學(xué)模型27-33
• 2.4.1 位移激勵(lì)下壓電單晶片振子的輸出電壓與電能數(shù)學(xué)模型27-31
• 2.4.2 位移激勵(lì)下壓電雙晶片振子的輸出電壓與電能數(shù)學(xué)模型31-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第3章 懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電裝置的仿真分析34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 有限元仿真分析34-40
• 3.2.1 壓電單元34
• 3.2.2 前處理34-36
• 3.2.3 施加載荷并求解36
• 3.2.4 后處理36-40
• 3.2.4.1 靜力學(xué)分析36-37
• 3.2.4.2 位移激勵(lì)對(duì)輸出電壓的影響37
• 3.2.4.3 壓電陶瓷片基板材料對(duì)輸出電壓的影響37-38
• 3.2.4.4 壓電陶瓷片和基板厚度對(duì)輸出電壓的影響38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-42
• 第4章 懸臂梁壓電陶瓷發(fā)電實(shí)驗(yàn)研究42-53
• 4.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建42-43
• 4.1.1 懸臂梁壓電發(fā)電裝置制作42
• 4.1.2 位移激勵(lì)源的選擇及實(shí)驗(yàn)電路的設(shè)計(jì)42-43
• 4.2 實(shí)驗(yàn)研究43-51
• 4.2.1 位移激勵(lì)對(duì)輸出電壓的影響43-45
• 4.2.2 不同連接方式下的輸出電壓45-46
• 4.2.3 不同連接方式下內(nèi)阻研究46-50
• 4.2.4 不同連接方式下發(fā)電電能50-51
• 4.3 本章小結(jié)51-53
• 第5章 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)53-64
• 5.1 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)概述53-55
• 5.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分類(lèi)53
• 5.1.2 機(jī)械機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)53-55
• 5.2 懸臂梁壓電陶瓷片結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論分析55-57
• 5.2.1 等強(qiáng)度梁理論優(yōu)化55-56
• 5.2.2 等應(yīng)力板方式優(yōu)化56-57
• 5.3 優(yōu)化結(jié)果分析57-62
• 5.3.1 理論優(yōu)化結(jié)果57
• 5.3.2 懸臂梁壓電陶瓷片優(yōu)化結(jié)果有限元仿真與實(shí)驗(yàn)分析57-62
• 5.3.2.1 等強(qiáng)度梁理論優(yōu)化結(jié)果分析57-60
• 5.3.2.2 等應(yīng)力板方式優(yōu)化結(jié)果分析60-62
• 5.4 本章小結(jié)62-64
• 第6章 壓電發(fā)電自供能無(wú)線鍵盤(pán)64-68
• 6.1 壓電自供能無(wú)線鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)64-67
• 6.1.1 壓電發(fā)電自供能無(wú)線鍵盤(pán)的組成64-65
• 6.1.2 壓電發(fā)電自供能無(wú)線鍵盤(pán)的設(shè)計(jì)65-67
• 6.2 本章小結(jié)67-68
• 第7章 結(jié)論與展望68-70
• 7.1 結(jié)論68-69
• 7.2 展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-74
• 致謝74-75
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄75

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