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The effect of the beam shapes on the doubly-clamped piezoelectric energy harvester

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2019年第9期40卷 1361-1374页

作者： Lei JIN shiqiao gao Xiyang ZHANG School of Mechatronic Engineering Beijing Institute of Technology

For a piezoelectric energy harvester composed of a doubly-clamped beam with arbitrary width shapes and a proof mass, the influence of beam shapes and electrode arrangements on different electric outputs is analyzed. The output performances of piezoelectric energy harvesters with rectangular shape, concave trapezoidal shape, and concave parabolic shape are compared, and an optimization way is given. The experimental results validate the effectiveness of the methods.

关键词： doubly-clamped width shape piezoelectric energy harvester electrode connection

Optimization of Out-of-Plane Vibration Energy Harvesters Employing Electret

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Journal of Beijing Institute of Technology 2017年第3期26卷 304-310页

作者： Chunhui gao shiqiao gao Haipeng Liu Lei Jin Junhu Lu School of Mechatronical Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China

This paper investigated the dependence of out-of-plane electret-based vibration energy harvesters’output power,frequency bandwidth,and resonance frequency on surface charge density and load *** the external acceleration amplitude and electret size were held constant,the following results are predicted by the numerical investigation：（1）An optimum value exists in the surface charge density to maximize the output *** the surface charge density is increasing,electrostatic forces are enhanced,which emphasizes that the soft spring effect widens the frequency bandwidth and lowers the resonance frequency.（2）Different surface charge densities correspond to different optimum initial air gaps,resonance frequency,and optimum load resistance.（3）With the attenuation of the surface potential,the output power,frequency drift,and frequency bandwidth decreased.（4）An optimum value exists in the load resistance to maximize the output *** the load resistance is decreasing,electrostatic force is enhanced,which lowers the resonance frequency.（5）A maximum frequency bandwidth exists with further load resistance increasing,and the initial air gap is smaller,the greater the frequency bandwidth.

关键词： electret optimum surface charge density load resistance

基于相关向量信息熵的风电机组功率曲线构建方法研究

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太阳能学报 2022年第5期43卷 252-259页

作者：付德义高世桥孔令行贾海坤北京理工大学机电学院北京100081 中国电力科学研究院有限公司新能源与储能运行控制国家重点实验室北京100192

仿真研究湍流强度、空气密度、偏航误差等风电机组功率输出特性关键影响因素与功率曲线之间的内在关联特性,建立各影响因素与功率输出特性之间的隐含关系子模型。结合风电机组运行数据,基于相关向量信息熵技术,实现风电机组运行功率曲... 详细信息

仿真研究湍流强度、空气密度、偏航误差等风电机组功率输出特性关键影响因素与功率曲线之间的内在关联特性,建立各影响因素与功率输出特性之间的隐含关系子模型。结合风电机组运行数据,基于相关向量信息熵技术,实现风电机组运行功率曲线的构建。基于构建的功率曲线与机组实际输出特性开展年发电量对比,结果表明,基于相关向量信息熵法构建的功率曲线能够实现对风电机组出力特性的真实准确评价,评价误差不超过2%。

关键词：风电机组相关向量信息熵功率曲线构建

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侵彻过程中弹引螺纹连接结构振动特性研究

爆炸与冲击 2022年第3期42卷 63-74页

作者：张冬梅高世桥中北大学机电工程学院山西太原030051 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

针对侵彻过程中的弹引系统,对弹引螺纹连接结构振动特性进行了研究,建立了弹引螺纹连接结构弹性模型。在模型中,充分考虑了螺纹载荷分布不均匀的特性,不但给出了螺纹载荷分布规律,还给出了螺纹连接结构的等效刚度和振动频率;同时,为了... 详细信息

针对侵彻过程中的弹引系统,对弹引螺纹连接结构振动特性进行了研究,建立了弹引螺纹连接结构弹性模型。在模型中,充分考虑了螺纹载荷分布不均匀的特性,不但给出了螺纹载荷分布规律,还给出了螺纹连接结构的等效刚度和振动频率;同时,为了验证模型的正确性,对弹引螺纹连接结构的拉伸和冲击过程进行了有限元仿真和试验,分别通过对弹引系统各结构振动特性的计算和对实测过载信号进行时频分析得到了系统的频率特性;将弹引系统的振动频率与实测过载信号的时频分析结果进行了对比。分析计算和试验结果发现:与静载荷时相比,冲击载荷作用下第一扣螺纹承受的载荷更大;螺纹连接结构的刚度明显小于固连结构;增加螺纹材料刚度、增加螺纹旋合长度、减小螺距能够有效增加螺纹连接结构固有频率;在侵彻过载测试信号的时频分析结果中明显存在与螺纹连接结构的振动频率一致的振动信号,并且该频率成分的信号幅值很高,对过载信号影响很大。

关键词：弹引螺纹连接振动特性弹性模型等效刚度振动频率

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风致及振动环境下压电俘能器的设计与研究

兵器装备工程学报 2023年第10期44卷 10-16页

作者：尚杰高世桥金磊熊雷孙要强北京理工大学机电动态控制重点实验室北京100081

针对子弹药的自供能问题,设计了一种风致及振动环境下的压电俘能器,对子弹药平时和战时的自俘能技术进行了研究。基于压电效应方程和集总参数法对压电俘能器进行理论模型分析,得到了振动环境和风致环境下输出电压的理论值。制作了实验样... 详细信息

针对子弹药的自供能问题,设计了一种风致及振动环境下的压电俘能器,对子弹药平时和战时的自俘能技术进行了研究。基于压电效应方程和集总参数法对压电俘能器进行理论模型分析,得到了振动环境和风致环境下输出电压的理论值。制作了实验样机,分别测试了压电俘能单元的振动特性和在风致环境下的输出性能,对比理论值,验证了理论模型的有效性。同时,探究了振动频率、风速和扇叶角度对于压电俘能单元输出性能的影响。实验结果表明压电俘能结构的谐振频率为43 Hz,最佳负载为170 kΩ。当扇叶角度为30°时,压电俘能器的输出性能最佳,发生谐振时输出电压峰值可以达到22 V,最大输出功率为1.38 mW,在15 m/s的风速下,输出电压为2.56 V。

关键词：子弹药风致环境振动环境压电俘能器输出性能

The Liquid-Bridge with Large Gap in Micro Structural Systems

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Journal of Modern Physics 2011年第5期2卷 404-415页

作者： shiqiao gao Lei Jin Jingqing Du Haipeng Liu 不详

Based on the analysis of the total free energy of the liquid-bridge, several methods are presented to analyze the pull-off force of liquid-bridge. For the liquid bridge system with a large gap width, accurate solutions of a two-plates liquid bridge and a sphere-plane liquid bridge are given. In addition, the edge-effect resulting from the profile of the top solid in the liquid-bridge system is analyzed and calculated. It is proved by the subsequent tests.

关键词： Liquid-Bridge MEMS Capillary Pull-Off Force

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弹引系统攻角侵彻混凝土仿真与试验研究

兵器装备工程学报 2022年第1期43卷 135-139,205页

作者：郭松林高世桥李泽章李云彪北京理工大学机电学院北京100081

利用弹体非正侵彻的计算模型对弹体非正侵彻过程中弹头表面阻力进行了分析,提出了弹目非正侵彻控制方程。利用有限元分析软件LS-DYNA对弹引系统在不同攻角下侵彻混凝土靶板时的轴向过载、横向过载、横向偏移以及弹体姿态角等的变化进行... 详细信息

利用弹体非正侵彻的计算模型对弹体非正侵彻过程中弹头表面阻力进行了分析,提出了弹目非正侵彻控制方程。利用有限元分析软件LS-DYNA对弹引系统在不同攻角下侵彻混凝土靶板时的轴向过载、横向过载、横向偏移以及弹体姿态角等的变化进行了仿真分析,得出了弹体横向过载与姿态角的对应关系。实弹试验结果与理论计算及数值仿真结果吻合较好。该方法可为侵彻过程中弹体姿态角的识别提供参考。

关键词：侵彻攻角弹引系统姿态角数值模拟

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微陀螺梳齿静电驱动力的计算方法

传感技术学报 2011年第9期24卷 1265-1269页

作者：姚峰林高世桥北京理工大学机电学院北京100081 太原科技大学机电学院太原030024

准确计算静电力是分析微机械陀螺力学特性的关键。文章基于微陀螺静电驱动原理,介绍了微梳齿结构的静电场计算的无限大平板模型,边缘效应模型,拐角效应模型三种模型。推导了三种模型的电容计算公式和静电力计算公式。通过数值计算和有... 详细信息

准确计算静电力是分析微机械陀螺力学特性的关键。文章基于微陀螺静电驱动原理,介绍了微梳齿结构的静电场计算的无限大平板模型,边缘效应模型,拐角效应模型三种模型。推导了三种模型的电容计算公式和静电力计算公式。通过数值计算和有限元计算,得到交叠长度变化时,不同计算模型的电容和静电驱动力的对比和各种模型的适用范围。说明在微尺度条件下静电场的边缘效应和拐角效应应当在设计和计算梳齿时应当充分考虑。

关键词：微陀螺边缘效应拐角效应数值计算驱动力

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弹体斜侵彻混凝土仿真分析

弹箭与制导学报 2012年第6期32卷 61-64页

作者：申丽高世桥金磊北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

利用ANSYS-LS/DYNA 3D有限元软件对弹体侵彻混凝土靶板进行三维数值模拟,得到了靶内弹道破坏特征及弹体运动轨迹,并分析侵彻速度和加速度与时间之间的关系,与试验结果比较,该现象与仿真结果基本一致。结果表明:有限元软件能较好的演示... 详细信息

利用ANSYS-LS/DYNA 3D有限元软件对弹体侵彻混凝土靶板进行三维数值模拟,得到了靶内弹道破坏特征及弹体运动轨迹,并分析侵彻速度和加速度与时间之间的关系,与试验结果比较,该现象与仿真结果基本一致。结果表明:有限元软件能较好的演示混凝土的破坏过程,揭示试验中无法观察到的现象,预估斜侵彻弹体的侵彻深度及方向偏转。

关键词：斜侵彻数值模拟混凝土靶弹道轨迹