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混合式三稳态压电能量俘获器动力性能分析

安徽建筑大学学报 2024年第1期32卷 68-74页

作者：唐礼平胡庆南韩婷婷安徽建筑大学土木工程学院安徽合肥230601 安徽省BIM工程中心安徽合肥230601

为了提高压电能量俘获器在低强度外界激励下的俘能表现,基于三稳态压电悬臂梁能量俘获器模型,在U形框架和基底之间以及压电悬臂梁固定端与U形框架之间分别装置一个弹性放大器,提出一种混合式三稳态压电能量俘获器(TPEH+DEM)模型。基于Ha... 详细信息

为了提高压电能量俘获器在低强度外界激励下的俘能表现,基于三稳态压电悬臂梁能量俘获器模型,在U形框架和基底之间以及压电悬臂梁固定端与U形框架之间分别装置一个弹性放大器,提出一种混合式三稳态压电能量俘获器(TPEH+DEM)模型。基于Hamilton原理建立了TPEH+DEM系统的非线性力电耦合运动方程,并利用谐波平衡法分析了弹性放大器的质量和弹簧刚度、磁铁之间相对距离、负载电阻等对TPEH+DEM系统能量收集水平的影响。结果表明:在一定的外界激励频率范围内,TPEH+DEM系统的响应输出功率存在两个峰值,合理调节弹性放大器的质量和刚度能使系统在较低的外界激励强度下进入阱间运动,产生很高的输出功率。相比于仅带有弹性基底的传统三稳态压电能量俘获器,TPEH+DEM模型在低频外界激励下具有更好的俘能表现。

关键词：压电能量俘获器力电耦合弹性放大器谐波平衡法阱间运动

梁端磁铁尺寸对三稳态压电俘能器性能影响分析

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应用力学学报 2020年第4期37卷 1459-1467,I0006页

作者：满大伟王建国合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

考虑梁端磁铁的尺寸效应和转动惯量,利用广义Hamilton变分原理,建立了较为准确的非线性三稳态压电悬臂梁俘能系统的分布参数型力电耦合运动方程。采用多尺度法求出了该系统运动方程的解析解,主要研究了磁铁间的相对位置、负载阻抗以及... 详细信息

考虑梁端磁铁的尺寸效应和转动惯量,利用广义Hamilton变分原理,建立了较为准确的非线性三稳态压电悬臂梁俘能系统的分布参数型力电耦合运动方程。采用多尺度法求出了该系统运动方程的解析解,主要研究了磁铁间的相对位置、负载阻抗以及梁端磁铁偏心距和质量对俘能系统性能的影响。结果表明:改变梁端磁铁偏心距和质量对阱间运动最优负载阻抗的影响明显;通过调节磁铁间的相对位置可以改变内、外势阱深度,从而改善俘能效率;阱间运动的最大输出功率和频带宽度随着梁端磁铁偏心距的增加而增大;增加梁端磁铁质量可以大幅拓宽阱间运动的工作频率范围,有效地提高阱间运动的输出功率。

关键词：非线性动力学压电俘能器多尺度法三稳态特性阱间运动

非对称势阱对三稳态压电俘能器性能的影响分析

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应用力学学报 2021年第1期38卷 60-69页

作者：满大伟王建国合肥工业大学土木与水利工程学院合肥230009

为了探讨具有非对称势能函数的三稳态压电俘能器的优点,提出了一种具有不对称势能函数的三稳态结构。基于广义Hamilton变分原理,考虑梁端磁铁偏心距和转动惯量的影响,建立了非对称三稳态压电悬臂梁俘能系统的动力学方程,利用龙格-库塔... 详细信息

为了探讨具有非对称势能函数的三稳态压电俘能器的优点,提出了一种具有不对称势能函数的三稳态结构。基于广义Hamilton变分原理,考虑梁端磁铁偏心距和转动惯量的影响,建立了非对称三稳态压电悬臂梁俘能系统的动力学方程,利用龙格-库塔法和多尺度法分析了初始振动点、外界激励等对存在非对称势阱的磁力式三稳态压电俘能系统响应的影响。结果表明:合适的起振位置和外部激励频率能使系统进入高能轨道,产生大幅阱间运动,提高系统的俘能效率。相比于忽略梁端磁铁偏心距和转动惯量的传统模型,修正模型的系统阱间运动频带宽度及输出功率峰值的计算结果均明显增大。

关键词：非线性动力学压电俘能器多尺度法非对称势阱阱间运动

基于组合非线性的多稳态宽带能量采集不同势阱结构的设计与比较

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铁道技术标准（中英文） 2023年第2期5卷 7-20页

作者：雷张文王辰蒋小林王晨曦刘宇豪王素梅株洲国创轨道科技有限公司新型能源系统铁路行业工程研究中心湖南株洲412001 燕山大学、河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室河北秦皇岛066004 香港理工大学、国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心(香港分中心) 中国香港+852

为提高低频和宽带下能量采集器的功率密度,提出一种新型多稳态宽带能量采集装置。该采集器通过悬臂梁-止档接触与磁弹性相结合的非线性方法得到多种稳态类型。采集器的全局振幅受到接触的限制,但阱间运动提高了采集效率。本文确定多稳... 详细信息

为提高低频和宽带下能量采集器的功率密度,提出一种新型多稳态宽带能量采集装置。该采集器通过悬臂梁-止档接触与磁弹性相结合的非线性方法得到多种稳态类型。采集器的全局振幅受到接触的限制,但阱间运动提高了采集效率。本文确定多稳态的形成机制和不同磁体结构的相关参数区域;建立采集器的机电耦合模型来描述其动态特性;为探讨势阱结构对多稳态能量采集的影响,建立具有4种典型势阱结构的能量采集器,并通过实验验证其等效非线性恢复力;采用数值方法研究和实验验证了这4种结构在不同激励水平下的动态特性。结果表明,当外部激励超过临界强度时,深度不均匀的多势阱和较浅的外势阱比均匀深度的多势阱更适合所提出的系统。此外,通过提高采集器效率和限制末端质量的全局振幅,本文提出的多稳态系统实现了比传统系统高6.3倍的功率密度。

关键词：多稳态能量采集系统非线性磁弹性力阱间运动