基于周期性穿孔悬臂梁的压电俘能器数值仿真研究

作     者：崔新风 徐思朋 黄孝清 牟恺宁 Cui Xinfeng;Xu Sipeng;Huang Xiaoqing;Mu Kaining

作者机构：中国海洋大学工程学院山东青岛266003 

出 版 物：《中国海洋大学学报（自然科学版）》 (Periodical of Ocean University of China)

年 卷 期：2025年第55卷第1期

页      面：158-165页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51879246) 山东省自然科学基金项目(ZR2015AM002,ZR2019MEE056)资助 

主　　题：海洋传感器自供电 压电俘能器 周期性穿孔悬臂梁 参数敏感度 谐振频率 峰值电压 

摘      要：针对海洋监测等小型传感器无法长期稳定供电问题,压电俘能器提供了一种新的解决方案。本文提出了一种基于周期性穿孔梁的压电俘能器,它可以有效地将清洁能源(如波浪能)中的振动能转化为电能。本文首先建立了压电能量俘获结构的机电频响函数模型;然后在理论分析基础上,对与穿孔基底层相关的参数进行了敏感度分析;最后采用有限元方法进行了数值仿真研究。研究结果表明,基底层的厚度和填充率同峰值电压的相关度最为显著,而穿孔数与峰值电压的相关度最不显著。基底层厚度减小、填充率减小和穿孔数增多都有助于降低谐振频率,并提高峰值电压输出。仿真结果表明,与传统无孔结构相比,穿孔结构的谐振频率最大降低了22.63%,而峰值电压最大提高了61.54%。