壓電風(fēng)能收集能夠?qū)h(huán)境中的風(fēng)能轉(zhuǎn)換為可供使用的電能,本文從幾種典型植物葉片葉脈結(jié)構(gòu)獲得啟發(fā),利用仿生脈序生長法對壓電元件進(jìn)行了仿生優(yōu)化,并從不同種類的葉片仿生原型中探究一種在氣動彈性失穩(wěn)條件下風(fēng)能能量收集效果較好的仿生結(jié)構(gòu)。本文通過研究壓電裝置的輸出開路電壓、輸出功率等參數(shù)來分析其能量收集能力,并探究優(yōu)化后的壓電元件在實(shí)際工程應(yīng)用中的可能性。本文主要研究工作如下:闡述了利用風(fēng)能的微型仿生能量收集裝置的基本結(jié)構(gòu)、工作形式及工作環(huán)境,決定采用圓柱繞流渦激振動的方法進(jìn)行壓電能量收集。并參考實(shí)際算例決定采用仿生脈序生長法進(jìn)行加強(qiáng)筋的布置。之后對渦街對壓電元件作用力進(jìn)行估算,并利用有限元分析軟件進(jìn)行了確定工況下輸出開路電壓理論值的計(jì)算,并且將結(jié)果同試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比對,證明這種優(yōu)化后的算法能夠?qū)嶋H應(yīng)用。以輸出開路電壓為參考指標(biāo)研究不同優(yōu)化結(jié)構(gòu)壓電元件的能量收集能力。首先,驗(yàn)證了布置仿生加強(qiáng)筋相比于布置傳統(tǒng)正交筋及未布置加強(qiáng)筋壓電元件的能量收集能力。對于相同幾何形狀的壓電元件,布置仿生筋的壓電元件最高開路輸出電壓有顯著提高。并通過對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果同數(shù)值結(jié)果證明了數(shù)值計(jì)算結(jié)果的有效性。然后,驗(yàn)證了布置不同葉... 

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 課題研究的背景和意義
    1.2 壓電能量收集裝置研究現(xiàn)狀
    1.3 渦激振動理論研究現(xiàn)狀
    1.4 葉片仿生理論研究現(xiàn)狀
    1.5 本論文主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排
第2章 基于葉片仿生結(jié)構(gòu)的微型壓電裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法
    2.1 仿生微型壓電裝置的設(shè)計(jì)來源
    2.2 仿生壓電元件同雙子葉植物葉片的相似性
        2.2.1 結(jié)構(gòu)相似性
        2.2.2 載荷相似性
        2.2.3 功能相似性
    2.3 仿生壓電元件的加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)方法
    2.4 微型仿生風(fēng)能壓電能量收集裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 仿生壓電元件在流場中的力學(xué)性能研究
    3.1 仿生壓電元件在流場中的受力分析
        3.1.1 圓柱體繞流
        3.1.2 卡門渦街
    3.2 壓電元件在流場中的的受力分析
    3.3 仿生壓電元件的機(jī)電模型
        3.3.1 壓電效應(yīng)
        3.3.2 單自由度機(jī)電耦合方程
    3.4 壓電元件的仿真分析
        3.4.1 壓電元件的有限元分析法
        3.4.2 算例分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 不同優(yōu)化結(jié)構(gòu)壓電元件輸出電壓試驗(yàn)研究
    4.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
        4.1.1 小型風(fēng)洞裝置及風(fēng)速測量裝置
        4.1.2 壓電元件及固定裝置
        4.1.3 試驗(yàn)結(jié)果測量裝置
    4.2 微型仿生壓電元件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)
        4.2.1 壓電元件結(jié)構(gòu)
        4.2.2 試驗(yàn)方案
        4.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
        4.2.4 試驗(yàn)誤差分析
    4.3 不同原型微型仿生壓電元件試驗(yàn)
        4.3.1 壓電元件結(jié)構(gòu)
        4.3.2 試驗(yàn)方案
        4.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 仿生壓電元件能量輸出能力研究
    5.1 輸出功率試驗(yàn)
        5.1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)
        5.1.2 試驗(yàn)方案
        5.1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
    5.2 電容充放電試驗(yàn)
        5.2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)
        5.2.2 試驗(yàn)方案
        5.2.3 試驗(yàn)結(jié)果分析
    5.3 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果
致謝


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]基于蜻蜓膜翅結(jié)構(gòu)的飛機(jī)加強(qiáng)框的仿生設(shè)計(jì)[J]. 馬建峰,陳五一,趙嶺,趙大海.  航空學(xué)報(bào). 2009(03)
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博士論文
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碩士論文
[1]仿生多孔植物葉片超疏水表面制備與性能研究[D]. 從虔.大連理工大學(xué) 2016
[2]薄壁板氣動彈性非線性振動的壓電俘能研究[D]. 陳丹鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[3]基于鈍體繞流的壓電發(fā)電模型研究[D]. 高秀.東南大學(xué) 2015
[4]仿生加筋板結(jié)構(gòu)優(yōu)化與隔聲性能研究[D]. 李媛媛.哈爾濱工程大學(xué) 2015
[5]利用壓電材料的振動能量收集及半主動控制研究[D]. 趙亞平.南京航空航天大學(xué) 2014
[6]新型分形結(jié)構(gòu)及其電子器件微通道散熱應(yīng)用研究[D]. 田玉福.華南理工大學(xué) 2013
[7]植物葉片拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與其力學(xué)性能關(guān)系研究[D]. 劉希鳳.華南理工大學(xué) 2010



本文編號：3647057