發(fā)布時(shí)間：2017-07-31 11:15

  本文關(guān)鍵詞：多向振動(dòng)壓電發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 多向 振動(dòng)能 壓電發(fā)電 有限元仿真 ANSYS

【摘要】：振動(dòng)能量在環(huán)境中廣泛存在。近幾十年,各國科學(xué)家積極致力于收集環(huán)境中的振動(dòng)能量,以取代傳統(tǒng)電池為微機(jī)電系統(tǒng)和低功耗電子器件供電。振動(dòng)能量的收集方式有很多種,目前應(yīng)用最廣泛的是壓電懸臂梁式能量收集裝置,它利用壓電材料的正壓電效應(yīng),將環(huán)境中的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、收集效率高、環(huán)保無污染、易于加工、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為微機(jī)電系統(tǒng)供電領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。 本文首先對(duì)壓電式振動(dòng)發(fā)電技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研,通過調(diào)研發(fā)現(xiàn),各國科學(xué)家所研制的振動(dòng)發(fā)電裝置只能收集一個(gè)方向上的振動(dòng)能量,而環(huán)境中的振動(dòng)方向是多變的,為提高能量收集效率,設(shè)計(jì)一種可以收集環(huán)境中多個(gè)振動(dòng)方向的壓電發(fā)電裝置。本文主要從數(shù)學(xué)模型建立、有限元仿真分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電路設(shè)計(jì)及試驗(yàn)測(cè)試等方面對(duì)多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置展開研究。 論文主要研究?jī)?nèi)容如下： 1.介紹壓電材料的發(fā)電機(jī)理,為后續(xù)多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置的性能分析提供理論依據(jù)。根據(jù)力學(xué)理論和壓電理論構(gòu)建壓電懸臂梁開路電壓的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行理論分析,為下一步有限元仿真以及多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置的性能分析奠定基礎(chǔ)。 2.利用ANSYS對(duì)自由端不帶質(zhì)量塊和帶質(zhì)量塊的壓電懸臂梁進(jìn)行仿真分析,為壓電懸臂梁的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和試驗(yàn)測(cè)試提供參考。然后對(duì)多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置所應(yīng)用環(huán)境(交通軌道)振動(dòng)頻率進(jìn)行分析�；谝陨侠碚摵头抡娣治�,最后對(duì)多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 3.為全而評(píng)估多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置的發(fā)電能力,構(gòu)建多向振動(dòng)裝置輸出電壓與輸出功率的數(shù)學(xué)模型,并設(shè)計(jì)多向振動(dòng)發(fā)電裝置的能量收集電路。 4.制作多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置并對(duì)裝置的發(fā)電性能進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置對(duì)環(huán)境中各個(gè)方向上的振動(dòng)都能進(jìn)行有效收集。最后利用多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置實(shí)現(xiàn)向發(fā)光二極管供能,并取得良好的發(fā)光效果。
【關(guān)鍵詞】：多向 振動(dòng)能 壓電發(fā)電 有限元仿真 ANSYS
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM619
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 課題研究背景及其意義8-9
• 1.2 壓電式振動(dòng)發(fā)電的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-14
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 論文研究思路及主要研究?jī)?nèi)容14-17
• 1.3.1 論文研究思路14
• 1.3.2 論文主要研究?jī)?nèi)容14-17
• 第2章 壓電發(fā)電基礎(chǔ)理論17-30
• 2.1 壓電發(fā)電基礎(chǔ)理論17-20
• 2.2 常用壓電材料及其性能參數(shù)20-22
• 2.2.1 常用壓電材料20
• 2.2.2 性能參數(shù)20-22
• 2.3 多向壓電發(fā)電裝置設(shè)計(jì)22-23
• 2.4 壓電懸臂梁數(shù)學(xué)模型23-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 第3章 壓電懸臂梁仿真分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化30-49
• 3.1 有限元簡(jiǎn)介30
• 3.2 有限元仿真分析30-33
• 3.2.1 前處理過程31-33
• 3.2.2 后處理過程33
• 3.3 不帶質(zhì)量塊壓電懸臂梁有限元分析33-37
• 3.3.1 靜力學(xué)分析33-34
• 3.3.2 模態(tài)分析34-36
• 3.3.3 諧響應(yīng)分析36-37
• 3.4 帶質(zhì)量塊壓電懸臂梁有限元分析37-44
• 3.4.1 質(zhì)量塊厚度對(duì)頻率的影響40-41
• 3.4.2 壓電陶瓷厚度對(duì)頻率和輸出電壓的影響41-42
• 3.4.3 基片長(zhǎng)度對(duì)頻率和輸出電壓的影響42-43
• 3.4.4 基片厚度對(duì)頻率和輸出電壓的影響43-44
• 3.5 壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化44-48
• 3.5.1 環(huán)境振動(dòng)頻率44-46
• 3.5.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化46-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 裝置動(dòng)力學(xué)分析與收集電路設(shè)計(jì)49-58
• 4.1 多向振動(dòng)壓電發(fā)電裝置的理論特性分析49-53
• 4.2 能量收集電路設(shè)計(jì)與輸出功率分析53-56
• 4.3 本章小結(jié)56-58
• 第5章 裝置制作與性能測(cè)試分析58-68
• 5.1 多向壓電發(fā)電裝置制作58-59
• 5.2 性能測(cè)試系統(tǒng)59
• 5.3 性能測(cè)試分析59-63
• 5.3.1 壓電懸臂梁測(cè)試60-61
• 5.3.2 多向壓電發(fā)電裝置測(cè)試61-63
• 5.4 儲(chǔ)能元件選擇63-66
• 5.5 能量應(yīng)用66-67
• 5.6 本章小結(jié)67-68
• 第6章 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 總結(jié)68-69
• 6.2 展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-74
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果74

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 鄧冠前;陶利民;陳仲生;張玉光;董睿;;基于壓電陶瓷的自供電關(guān)鍵技術(shù)分析[J];兵工自動(dòng)化;2008年05期

2 于慧慧;溫志渝;溫中泉;賀學(xué)鋒;;寬頻帶微型壓電式振動(dòng)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2010年05期

3 林玲;劉輝;;壓電發(fā)電技術(shù)研究應(yīng)用[J];硅谷;2008年14期

4 ;COUPLED ANALYSIS FOR THE HARVESTING STRUCTURE AND THE MODULATING CIRCUIT IN A PIEZOELECTRIC BIMORPH ENERGY HARVESTER[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2007年04期

5 劉成龍;孟愛華;陳文藝;李厚福;宋紅曉;;振動(dòng)能量收集技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J];裝備制造技術(shù);2013年12期

6 劉寶良;王建國;張步愛;;門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的和諧響應(yīng)[J];黑龍江科技學(xué)院學(xué)報(bào);2012年02期

7 郭帥;郭吉豐;;Cymbal型壓電發(fā)電裝置等效壓電常數(shù)分析[J];機(jī)電工程;2012年04期

8 James M.Gilbert;Farooq Balouchi;;Comparison of Energy Harvesting Systems for Wireless Sensor Networks[J];International Journal of Automation & Computing;2008年04期

9 袁江波;謝濤;單小彪;陳維山;;復(fù)合型懸臂梁壓電振子振動(dòng)模型及發(fā)電試驗(yàn)研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年09期

10 劉先曙;用海浪使壓電材料發(fā)電[J];科技導(dǎo)報(bào);1995年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 崔高航;城軌交通引起的環(huán)境振動(dòng)研究及軌道譜參數(shù)虛擬反演[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：598871