為探究磁-機-壓電耦合型三穩(wěn)態(tài)壓電能量采集器的非線性動力學行為,利用磁偶極子點荷方法計算得到了能量采集器末端受到的非線性磁力,基于歐拉-伯努利梁理論和拉格朗日方程建立了三穩(wěn)態(tài)壓電振動能量采集器的分布參數(shù)機電耦合動力學模型,仿真分析了系統(tǒng)參數(shù)(d、d_g)對能量采集器的勢能、磁力以及非線性動力學輸出特性的影響。研制了磁-機-壓電耦合型三穩(wěn)態(tài)振動能量采集器原理樣機,搭建了樣機實驗平臺,實驗驗證了理論模型與仿真結(jié)果的正確性。研究結(jié)果表明:適當調(diào)整d和d_g可使壓電振動能量采集器分別作單穩(wěn)態(tài)、雙穩(wěn)態(tài)和三穩(wěn)態(tài)運動,其中三穩(wěn)態(tài)運動存在3個勢能阱,勢能阱的深度和寬度均小于雙穩(wěn)態(tài)壓電振動能量采集器的勢能阱深度和寬度,這有利于提升振動能量采集器的工作頻帶和采集輸出效率。

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【部分圖文】：

圖1所示為研究的磁-機-壓電耦合型三穩(wěn)態(tài)壓電振動能量采集器結(jié)構(gòu),它主要由壓電雙晶片懸臂梁和3個磁鐵構(gòu)成,壓電雙晶片懸臂梁一端固定在基座左側(cè)面板上,另一端連接于磁體A(稱為末端磁鐵);兩片尺寸和材料特性相同的壓電陶瓷片分別粘結(jié)在懸臂梁基板根部的上、下表面,兩壓電陶瓷片的極化方向相反....

UBA=μ04π[mB∥rBA∥23-(mB?rBA)?3rBA∥rBA∥25]?mA(9)由圖2可知,

圖3是d=25mm、dg分別為0mm、10mm、17mm、20mm、30mm、100mm時能量采集器的勢能和磁力仿真結(jié)果。由圖3(a)所示結(jié)果可知,在保持d不變的前提下,隨著dg的逐漸增大,采集器依次經(jīng)歷雙穩(wěn)態(tài)、三穩(wěn)態(tài)和單穩(wěn)態(tài)3種運動狀態(tài)。在dg=0mm時,兩個外....

圖4d對系統(tǒng)勢能和磁力的影響圖4所示是dg=17mm、d分別為15mm、20mm、30mm、35mm、50mm時能量采集器的勢能和磁力仿真結(jié)果。由圖所示結(jié)果可知,隨著d的逐漸減小,采集器直接從單穩(wěn)態(tài)運動狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到三穩(wěn)態(tài)運動狀態(tài),其勢能曲線也逐漸從單勢能阱變成三勢能阱....

本文編號：3990874