双稳态压电-电磁复合俘能器非线性动力学分析

作     者：梅杰 倪祥禄 宋钢 陈定方 李立杰 MEI Jie;NI Xianglu;SONG Gang;CHEN Dingfang;LI Lijie

作者机构：武汉理工大学智能制造与控制研究所湖北武汉430063 武汉理工大学交通与物流工程学院湖北武汉430063 英国斯旺西大学工程学院英国斯旺西SA18EN 

出 版 物：《武汉科技大学学报》 (Journal of Wuhan University of Science and Technology)

年 卷 期：2024年第47卷第1期

页      面：55-70页

学科分类：080902[工学-电路与系统] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51805395) 

主　　题：压电-电磁复合俘能器 双稳态 几何非线性 阱间运动 非线性动力学分析 

摘      要：提出一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料的双稳态悬臂梁式压电-电磁复合俘能器结构。考虑到大变形时材料的几何非线性特点,基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理建立系统分布式参数模型,采用Galerkin法与谐波平衡法给出响应解析解;利用MATLAB仿真分析激励频率、激励幅值、磁铁间距和负载电阻对系统输出性能的影响,并运用龙格-库塔法分析俘能器的非线性动力学特性;通过电路仿真研究悬臂梁在不同振动状态下的整流滤波特性。结果表明:随着激励幅值的提高,系统阱间运动的频率带宽会逐渐增大;存在一组最优的压电负载和电磁负载,使得系统输出总功率达到最大;负载的改变不会影响阱间运动的频带宽度;随着激励的增强,系统在混沌运动和周期运动间进行状态转换,可以利用标准桥式整流滤波电路进行周期运动时的能量采集,但该电路无法稳定收集混沌运动时的系统输出。