近年來(lái),隨著化石能源的大量使用,其儲(chǔ)備量急劇下降,開(kāi)發(fā)新能源迫在眉睫。在土木工程領(lǐng)域,利用壓電俘能器俘獲交通環(huán)境振動(dòng)能,并用來(lái)給無(wú)線傳感設(shè)備供電,以便更好的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè),這是目前研究的熱點(diǎn)。而如何快速且準(zhǔn)確的計(jì)算環(huán)境中復(fù)雜荷載作用下壓電俘能器的俘能輸出是其中最為關(guān)鍵的部分。目前已有的主流程序及算法仍然不能實(shí)現(xiàn)完全的壓電俘能器-外接電路耦合仿真。因此,致力于能快速處理復(fù)雜荷載下耦合仿真問(wèn)題的程序是必要的。本文基于有限元方法和模型降階技術(shù),提出了一種新型的考慮壓電俘能器雙向耦合作用和考慮外接電路協(xié)同分析的系統(tǒng)級(jí)仿真方法。具體工作如下:首先,利用COMSOL有限元軟件建立起懸臂梁式壓電俘能器模型,并且利用其中的內(nèi)置命令提取模型的系統(tǒng)矩陣,包括剛度矩陣、質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣。施加邊界條件后,建立了俘能器的動(dòng)力控制方程。其次,采用Krylov子空間降階方法和特征值子空間降階方法對(duì)控制方程進(jìn)行降階,獲得降階模型,在能夠保持系統(tǒng)關(guān)鍵動(dòng)力特性的同時(shí),大大提高了運(yùn)算效率。此外基于SIMULINK測(cè)試平臺(tái),對(duì)純電阻電路、標(biāo)準(zhǔn)俘能電路進(jìn)行了系統(tǒng)級(jí)仿真,并且利用等效阻抗法諧響應(yīng)理論解驗(yàn)證了此方法的可行性;利... 

【文章來(lái)源】：北京交通大學(xué)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 課題的研究背景與意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 理論與數(shù)值模型
        1.2.2 電路與能量存儲(chǔ)
    1.3 研究?jī)?nèi)容與方法
2 基本理論
    2.1 壓電俘能器簡(jiǎn)化模型
        2.1.1 集總參數(shù)模型
        2.1.2 分布參數(shù)模型
        2.1.3 有限元模型
    2.2 壓電俘能輸出求解方法
        2.2.1 等效電路法
        2.2.2 等效阻抗法
        2.2.3 軟件耦合法
    2.3 模型降階基本理論
        2.3.1 漸近波形估計(jì)理論
        2.3.2 Krylov子空間降階理論
        2.3.3 特征值降階理論
    2.4 本章小結(jié)
3 壓電俘能器的模型降階方法與理論求解
    3.1 有限元模型
        3.1.1 模型介紹
        3.1.2 控制方程的建立
    3.2 模型降階方法
        3.2.1 Krylov子空間降階方法
        3.2.2 特征值降階方法
    3.3 諧響應(yīng)理論分析
    3.4 瞬態(tài)耦合仿真
        3.4.1 基于Krylov子空間的狀態(tài)空間法
        3.4.2 基于EigMOR的等效電路法
    3.5 本章小節(jié)
4 壓電俘能器與外接電路的耦合仿真
    4.1 純電阻電路
    4.2 標(biāo)準(zhǔn)俘能電路
    4.3 并聯(lián)同步開(kāi)關(guān)電感電路
    4.4 串聯(lián)同步開(kāi)關(guān)電感電路
    4.5 本章小結(jié)
5 車(chē)致振動(dòng)下壓電俘能器的俘能輸出
    5.1 連續(xù)梁橋的豎向振動(dòng)加速度測(cè)試
    5.2 壓電俘能器的俘能輸出分析
    5.3 本章小結(jié)
6 結(jié)論與展望
    6.1 主要工作和研究結(jié)論
    6.2 思考和展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)歷
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]懸臂梁式壓電振動(dòng)能量俘獲裝置輸出功率分析與建模[J]. 馬銥林,趙建勇.  電測(cè)與儀表. 2018(01)

博士論文
[1]基于宏模型技術(shù)的MEMS系統(tǒng)級(jí)仿真研究[D]. 關(guān)樂(lè).大連理工大學(xué) 2011
[2]壓電俘能器和變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 蔣樹(shù)農(nóng).中南大學(xué) 2010

碩士論文
[1]懸臂梁式壓電俘能器俘能性能的仿真與實(shí)驗(yàn)研究[D]. 岳國(guó)強(qiáng).哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號(hào)：3167860