具有力放大功能的压电俘能器建模与性能分析

作     者：谢建宏 刘烈鑫 朱立青 

作者机构：南昌大学先进制造学院 南昌大学信息工程学院 

出 版 物：《压电与声光》 (Piezoelectrics & Acoustooptics)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(62161022) 

主　　题：压电俘能器 压电堆栈 力放大框架 Sobol’s敏感性分析方法 遗传算法 

摘      要：为提升压电俘能器的能量转换效率，将压电堆栈耦合到力放大框架结构中，构建了具有力放大功能的压电俘能器。基于压电效应本构方程，对单独压电堆栈进行了理论建模、有限元仿真与分析。基于欧拉-伯努利梁原理，建立了框架结构的力放大系数理论模型，采用Sobol’s敏感性分析方法确定了敏感力放大系数的框架几何参数，应用遗传算法结合有限元建模对力放大框架进行了结构优化。基于最优结构的力放大框架，建立了压电俘能器的集总参数理论模型并进行了数值分析。结果表明，在非谐振激励下该压电俘能器的输出电压有效值和输出功率最大值分别为3.022 V和543.375 μW，分别是单独压电堆栈输出电压有效值和输出功率最大值的7.74倍和58.5倍。相比于单独压电堆栈，该压电俘能器能显著提升非谐振激励下的输出电压和输出功率。