發(fā)布時(shí)間：2021-12-18 02:59

　　懸臂梁的材料與結(jié)構(gòu)對(duì)壓電俘能器的輸出響應(yīng)具有重要影響。為了研究在1.5～5.8 m/s低風(fēng)速環(huán)境下不同基底材料對(duì)接觸式壓電俘能器的影響,該文選擇聚氯乙烯（PVC）、304不銹鋼、1060鋁和H68黃銅材料為基底的柔性聚偏氟乙烯（PVDF）壓電懸臂梁結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)與分析。結(jié)果表明,以304不銹鋼為基底的懸臂梁結(jié)構(gòu)輸出功率最大。通過(guò)計(jì)算不同基底材料梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)現(xiàn),在低風(fēng)速工況下,梁的結(jié)構(gòu)剛度與減幅因數(shù)是影響壓電俘能器輸出性能的主要因素。同等工況下,梁的結(jié)構(gòu)剛度越小,接觸式壓電俘能器的啟動(dòng)風(fēng)速越低,風(fēng)致振動(dòng)的激振力頻率越高;減幅因數(shù)越小,懸臂梁的輸出功率越大。 

【文章來(lái)源】：壓電與聲光. 2020,42(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

接觸式壓電俘能器示意圖

式中:g(t)為外界撥片垂直激勵(lì);h(t)為夾持端微小旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)。模型中,假設(shè)撥片的接觸面絕對(duì)光滑,與壓電懸臂梁的接觸長(zhǎng)度是恒定的。由于重疊長(zhǎng)度很小,忽略了表面滑動(dòng)或承載牽引時(shí)可能產(chǎn)生的拉應(yīng)力和切向力,且只有垂直的壓力。赫茲線接觸理論可用于確定每個(gè)撥出周期的彈性趨近量,則有

接觸式壓電俘能器的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3(a)所示。由于壓電陶瓷(PZT)梁剛度較大,撥動(dòng)懸臂梁所需風(fēng)速較大,故選用柔性PVDF材料。使用的單晶型懸臂梁分別由80 mm×22 mm×0.28 mm的PVC、304不銹鋼、H68黃銅和1060鋁基底層和45 mm×20 mm×28 μm的PVDF壓電薄膜組成(見(jiàn)圖3(c))。為了方便更換不同基底的懸臂梁,懸臂梁結(jié)構(gòu)單獨(dú)安裝在夾具上。撥片采用ABS材料,并且與懸臂梁的重疊長(zhǎng)度為3 mm。當(dāng)三杯式旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在風(fēng)能作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)后,懸臂梁將進(jìn)行受迫振動(dòng),產(chǎn)生的輸出電壓經(jīng)過(guò)MB6F整流橋進(jìn)行整流后對(duì)負(fù)載提供電能。由于風(fēng)速變化會(huì)改變整個(gè)系統(tǒng)的激振力頻率,因此,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中選擇了一組特定的風(fēng)速值,使用調(diào)速器在1.5～5.8 m/s內(nèi)調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的風(fēng)速。表1為不同基底懸臂梁的參數(shù)。壓電懸臂梁的共振頻帶窄,在實(shí)際環(huán)境中常處于非共振狀態(tài)。針對(duì)1.5～5.8 m/s的實(shí)驗(yàn)環(huán)境,最大激勵(lì)頻率為7 Hz時(shí)對(duì)懸臂梁進(jìn)行分析。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了由PVC、304不銹鋼、H68黃銅和1060鋁為基底的壓電懸臂梁的一階固有頻率分別為17.69 Hz、18.54 Hz、23.73 Hz和30.01 Hz。表1 為不同基底懸臂梁的參數(shù) 材料 彈性模量/GPa 泊松比 密度/(kg·m-3) 黃銅 106.0 0.324 8 500 1060鋁 71.7 0.330 2 700 304不銹鋼 195.0 0.247 7 930 PVC 3.8 0.470 1 380

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]懸臂梁式PVDF壓電風(fēng)能發(fā)電裝置的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 寧藝文,張健滔,張佳,方舟.  微特電機(jī). 2020(03)
[2]不同形狀壓電振子的振動(dòng)發(fā)電行為研究[J]. 鄧冠前,陳仲生,陶利民.  壓電與聲光. 2010(03)

碩士論文
[1]雙質(zhì)量塊結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)磁結(jié)構(gòu)d15模式壓電俘能器的俘能特性[D]. 王永峰.湘潭大學(xué) 2018
[2]基于沖擊式振動(dòng)的PVDF壓電風(fēng)能收集系統(tǒng)的研究[D]. 宋國(guó)梁.大連理工大學(xué) 2016



本文編號(hào)：3541489