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压电非线性机电耦合在l型梁压电俘能器中的影响研究

压电非线性机电耦合在L型梁压电俘能器中的影响研究

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作者：马戈西南交通大学

学位级别：硕士

压电材料的机电耦合关系对于压电俘能器的设计和分析具有重要的意义。有研究表明:压电材料的机电耦合关系应是非线性关系。将这种非线性关系代入压电俘能器的分析和设计,理论上,可以提高计算精度,但随之而来的是增加了计算的复杂程度。... 详细信息

压电材料的机电耦合关系对于压电俘能器的设计和分析具有重要的意义。有研究表明:压电材料的机电耦合关系应是非线性关系。将这种非线性关系代入压电俘能器的分析和设计,理论上,可以提高计算精度,但随之而来的是增加了计算的复杂程度。本文以二自由度l型梁压电俘能器为研究对象,利用数值仿真的方法,研究在简谐激励、混沌振动激励下,压电非线性机电耦合系统动力学行为及俘能特性,重点是压电机电耦合非线性项系数对系统性能的影响。同时将结果与作为特例的压电线性机电耦合系统结果做对比。本文的主要研究工作与结论如下:1.采用集中参数法建立压电非线性机电耦合l型梁压电俘能器的动力学方程,根据磁力一次项系数将系统划分为强、弱磁力动力系统。以振动位移绝对值的最大值与均方电压作为俘能器性能的评价指标,将非线性与线性压电机电耦合俘能器系统的运动及俘能结果作对比。2.在简谐激励下,弱磁力动力系统的动力学行为只有周期运动,强磁力动力系统的动力学行为存在周期运动与混沌运动,压电机电耦合非线性项系数的变化可改变强磁力动力系统的动力学行为。强、弱磁力动力系统中内共振的存在起到了降频作用。压电机电耦合非线性项系数越大,弱磁力动力系统的均方电压越大、振动位移绝对值的最大值越小;强磁力动力系统的均方电压与振动位移绝对值的最大值都越大。就系统的运动状态而言,采用非线性或线性压电机电耦合关系,弱磁力动力系统中两者差别不大,强磁力动力系统中两者差别较大;就系统的俘能性能而言,弱磁力动力系统在大幅激励下两者才有显著差异,强磁力动力系统中两者差异显著。3.在达芬振子的混沌振动激励下,弱磁力动力系统的动力学行为为阱间混沌运动,强磁力动力系统为阱内混沌运动与阱间混沌运动并存。强、弱磁力动力系统中压电机电耦合非线性项系数越大则系统的均方电压越大。就系统的运动状态而言,采用非线性或线性压电机电耦合关系,在弱磁力动力系统中两者的差别不大,而在强磁力动力系统中两者的差别较大;而就系统的俘能性能而言,强磁力动力系统中两者的差别明显,弱磁力动力系统只有在大强度混沌振动激励下两者才有明显差别。

关键词：压电非线性机电耦合混沌振动激励 l型梁俘能器非线性混沌

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