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外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁化电流法磁力研究

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物理学报 2015年第6期64卷 59-66页

作者：谭丹冷永刚范胜波高毓璣天津大学机械工程学院天津300072 天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072

以外加磁场压电悬臂梁能量采集系统结构为研究对象,根据磁化电流方法探讨了具有悬臂梁特征的系统结构的磁场作用力及其计算方法,给出了相应的磁力计算模型,并将计算结果与实验数据进行了对比.研究表明,磁化电流方法导出的磁力计算模型... 详细信息

以外加磁场压电悬臂梁能量采集系统结构为研究对象,根据磁化电流方法探讨了具有悬臂梁特征的系统结构的磁场作用力及其计算方法,给出了相应的磁力计算模型,并将计算结果与实验数据进行了对比.研究表明,磁化电流方法导出的磁力计算模型存在偏差,其磁力计算误差随着磁铁间距缩小而增大.通过引入悬臂梁末端磁铁的偏转角度,对磁化电流法计算模型进行改进,得到合理的外加磁场压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型,为该能量采集系统的进一步研究提供了可靠的磁力计算理论依据.

关键词：能量采集磁力压电悬臂梁磁化电流

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压电悬臂梁俘能器输出特性仿真分析

压电与声光 2018年第4期40卷 552-555页

作者：孙凯利王海峰李蒙崔宜梁青岛大学机电工程学院山东青岛266071

为了研究压电俘能器的振动频率、内阻抗、负载及输出功率之间的耦合关系,基于ANSYS APDL软件,对单、双晶串联、双晶并联等多种不同配置方式的压电悬臂梁俘能器进行了压电-电路耦合分析。研究表明,俘能器内阻抗随振动频率呈现非线性变化... 详细信息

为了研究压电俘能器的振动频率、内阻抗、负载及输出功率之间的耦合关系,基于ANSYS APDL软件,对单、双晶串联、双晶并联等多种不同配置方式的压电悬臂梁俘能器进行了压电-电路耦合分析。研究表明,俘能器内阻抗随振动频率呈现非线性变化,在短路谐振频率处达到最小值,在开路谐振处达到最大值;俘能器内、外阻抗匹配时,俘能器输出功率达到最优值;俘能器阻尼较小时,最优输出功率出现在短路谐振与开路谐振处,随着阻尼比逐渐增加,最优输出功率出现在两者之间,且只有一个峰值。

关键词：压电俘能谐响应分析阻抗匹配压电悬臂梁输出功率

弹簧连接质量块压电悬臂梁低频和超宽频性能优化

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吉林大学学报（工学版） 2023年第10期53卷 2807-2816页

作者：蒋建东叶桢乔欣浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室杭州310014

针对压电悬臂梁因固有频率过高、频带窄等原因导致的振动能量采集效率低、实际应用效果不佳的问题,通过欧拉-伯努利梁的特征频率方程,分析悬臂梁收集能量的特性和振动学特性,得到影响压电悬臂梁固有频率的3个参数:有效刚度、有效质量和... 详细信息

针对压电悬臂梁因固有频率过高、频带窄等原因导致的振动能量采集效率低、实际应用效果不佳的问题,通过欧拉-伯努利梁的特征频率方程,分析悬臂梁收集能量的特性和振动学特性,得到影响压电悬臂梁固有频率的3个参数:有效刚度、有效质量和自由端惯性矩。提出一种通过改变整体有效刚度来优化悬臂梁的弹簧连接质量块式结构,并进一步通过改变结构的惯性矩得出多自由度弹簧悬臂梁,降低了梁的固有频率,并在仿真实验中得到验证。仿真实验中发现由于两阶谐振频率间距减小而产生频带叠加的现象,通过两阶频带分解解释其产生的可能性。实验结果得出弹簧连接质量块式悬臂梁结构较传统而言,输出电压提高30%,频带拓宽为原来的2.5倍;虽然与质量块悬臂梁相比改善效果不明显,但引入多自由度后输出电压最高能提高60%,频带拓宽最高为质量块悬臂梁的3.3倍。

关键词：压电悬臂梁固有频率弹簧连接质量块多自由度频带叠加

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基于力电响应的压电悬臂梁疲劳寿命预测

振动与冲击 2023年第17期42卷 314-322页

作者：冯逸亭刘文光吴兴意南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

针对压电振动能量收集器的疲劳问题,旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳试验测得的试验结果,以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命... 详细信息

针对压电振动能量收集器的疲劳问题,旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳试验测得的试验结果,以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法;进一步分析振动疲劳过程中谐振频率变化与负载功率变化的关系模型,提出一种基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法。结果表明:基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差在10%~20%之间,其误差范围控制在1.5倍误差线以内;而基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差集中于25%左右,误差范围均控制在2倍误差线以内且属于偏安全的预测效果。

关键词：压电悬臂梁振动疲劳力电响应寿命预测

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附磁压电悬臂梁流致振动俘能特性分析

力学学报 2019年第4期51卷 1148-1155页

作者：曹东兴马鸿博张伟北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 机械结构非线性振动与强度北京市重点实验室北京100124

流致振动蕴含巨大的能量,本文基于流致振动理论,设计了一种附加磁力激励的压电悬臂梁流致振动俘能器,并通过理论和实验研究其振动俘能特性.该俘能器由压电悬臂梁、圆柱绕流体和磁铁组成;首先基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了流致振动... 详细信息

流致振动蕴含巨大的能量,本文基于流致振动理论,设计了一种附加磁力激励的压电悬臂梁流致振动俘能器,并通过理论和实验研究其振动俘能特性.该俘能器由压电悬臂梁、圆柱绕流体和磁铁组成;首先基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了流致振动附磁压电俘能器的能量函数,利用Hamilton原理建立了流致振动附磁压电俘能器的机电耦合方程;利用数值方法研究详细分析了流速、圆柱绕流体直径和长度、磁间距、磁极和外接电阻等系统参数对压电俘能器振动特性和输出电压的影响.分析结果表明,该型压电俘能器的振动幅值在低流速条件下产生涡激振动,并产生最大的输出电压;磁力可以降低压电俘能器的共振频率并能够拓宽压电俘能器频带带宽,因此,附磁压电俘能器具有相比没有附磁的压电俘能器更适用于低速层流环境;实验结果与数值结果吻合较好,验证了附磁压电悬臂梁流致振动俘能器的理论分析的正确性.

关键词：振动能量采集流致振动圆柱绕流压电悬臂梁磁力

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基于电压的压电悬臂梁剩余寿命预测

振动与冲击 2022年第7期41卷 223-227页

作者：吴兴意刘文光胡剑波方孟翔高铭阳南昌航空大学航空制造工程学院南昌330063

压电悬臂梁广泛应用于振动能量收集器的设计。然而,长期经受振动激励很容易导致其产生疲劳损伤,致使压电体发生失效。旨在研究一种基于电压的压电悬臂梁剩余寿命预测方法,实现压电悬臂梁的寿命预测。首先,设计压电悬臂梁振动试验系统,... 详细信息

压电悬臂梁广泛应用于振动能量收集器的设计。然而,长期经受振动激励很容易导致其产生疲劳损伤,致使压电体发生失效。旨在研究一种基于电压的压电悬臂梁剩余寿命预测方法,实现压电悬臂梁的寿命预测。首先,设计压电悬臂梁振动试验系统,测试压电悬臂梁的共振频率、发电电压和循环加载次数。然后,基于试验测得的共振频率定义损伤,建立电压变化与损伤的关系。最后,以电压变化率为损伤指针,建立压电悬臂梁的剩余寿命预测模型,利用试验结果证实寿命预测模型的准确性。结果表明,共振频带激励下,该模型可预测压电悬臂梁的剩余寿命,损伤率D在0.4~0.8区间内,预测误差小于15%;当损伤率D在0.8~1.0区间内,误差小于5%;当D小于0.4时,误差较大。

关键词：压电悬臂梁寿命预测电压共振频率

压电悬臂梁弯曲问题的哈密顿体系方法及半解析法

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压电悬臂梁弯曲问题的哈密顿体系方法及半解析法

作者：刘敏温州大学

学位级别：硕士

本文基于[1]提出的求解弹性力学问题的辛体系方法(即哈密顿体系方法),给出了压电悬臂梁弯曲问题的解析解法,其基本思路如下:首先根据压电悬臂梁弯曲问题的基本方程得到该问题的最小势能原理;然后引入对偶变量并构造勒让德变换,将问题导... 详细信息

本文基于[1]提出的求解弹性力学问题的辛体系方法(即哈密顿体系方法),给出了压电悬臂梁弯曲问题的解析解法,其基本思路如下:首先根据压电悬臂梁弯曲问题的基本方程得到该问题的最小势能原理;然后引入对偶变量并构造勒让德变换,将问题导入哈密顿体系;最后通过解该问题的哈密顿方程得到基本解。这样就可以利用边界条件把基本解线性组合得到具体问题的解,该方法的最大优势是使得传统解析方法中不能应用的分离变量法与本征函数法可以直接使用,这样各种各向异性复合材料的求解就都可以采用基函数展开的方法求得了。虽然哈密顿体系方法较传统解析方法有诸多可行之处,但应用哈密顿体系方法的关键在于将拉格朗日体系通过对偶变换转换到哈密顿体系,对材料的复杂状态,哈密顿体系得到的推导过程将会变得非常繁琐复杂。哈密顿体系方法的基础是势能原理及其变分原理,这给有限元半解析方法创造了有利条件。本文接下来采用基于哈密顿体系的解析法与有限元数值方法相结合的半解析法对该问题求解,进一步完善和丰富了压电悬臂梁弯曲问题的求解方法,所得研究结果对压电悬臂梁材料在感测和控制方面的应用将起到重要作用。最后,对本文的研究工作进行了总结,展望了自己在压电悬臂梁问题求解方面的进一步研究课题。

关键词：压电悬臂梁哈密顿体系对偶方程零本征向量非零本征向量有限元方法半解析方法

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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压电悬臂梁能量收集及减振研究

机床与液压 2020年第3期48卷 80-84页

作者：彭中波高阳张敏雷林陈丹桂重庆交通大学航运与船舶工程学院重庆400074

根据压电悬臂梁和悬臂梁-质量块振子的理论模型,针对船舶柴油机多振源、高频振动等特点,提出了一种集压电集能和减振降噪两种功能协调工作的多压电悬臂梁装置。运用COMSOL有限元分析软件建立了带质量块的多悬臂梁仿真模型。有限元仿真... 详细信息

根据压电悬臂梁和悬臂梁-质量块振子的理论模型,针对船舶柴油机多振源、高频振动等特点,提出了一种集压电集能和减振降噪两种功能协调工作的多压电悬臂梁装置。运用COMSOL有限元分析软件建立了带质量块的多悬臂梁仿真模型。有限元仿真分析结果表明:压电悬臂梁结构振动频率接近柴油机固有频率时产生共振,振动由柴油机转移到悬臂梁装置,柴油机振动情况明显减少,压电片输出电压和功率分别为5. 88 V和3. 46 m W。压电悬臂梁减振降噪和压电能量收集实验得出:悬臂梁与振动源在频率18 Hz发生共振,振幅由19. 49 d B减少到2. 41 d B,压电片最大的输出电压约为5. 92V,集能效果和减振都较为明显。

关键词：减振降噪压电悬臂梁有限元

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压电悬臂梁采收低频振动能的理论分析与仿真

仪表技术与传感器 2009年第10期 91-93,96页

作者：刘辉何鹏举林玲巫世杰夏亮祖一康江西理工大学机电工程学院江西赣州341000 江西理工大学应用科学学院江西赣州341000

采收环境振动能量为无线网络传感器供电是近年来研究的热点,目前还没有一个完整的理论和解决方案。文中设计了一种压电悬臂梁结构的环境振动能量采收装置,研究了悬臂梁压电振子结构受激励后产生电荷量与频率的关系,并进行了ANSYS仿真,... 详细信息

采收环境振动能量为无线网络传感器供电是近年来研究的热点,目前还没有一个完整的理论和解决方案。文中设计了一种压电悬臂梁结构的环境振动能量采收装置,研究了悬臂梁压电振子结构受激励后产生电荷量与频率的关系,并进行了ANSYS仿真,得出了最佳的机电耦合模型和压电悬臂梁几何尺寸对固有频率的影响的关系。为采收环境低频振动能量,实现网络传感器自供电装置提供了设计的理论依据。

关键词：传感器网络压电悬臂梁低频振动能 ANSYS 固有频率