基于直角压电悬臂梁振动能量回收系统的研究

《基于直角压电悬臂梁振动能量回收系统的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要本论文就新型直角压电复合悬臂梁振动能量凹收系统进行了深入的理论分析和实验研究。文章首次提出直角压电复合悬臂梁结构，提出利用力矩均匀化压电悬臂梁的应变分布的概念，以此提高压电悬臂梁的能量输出能力。直角梁系统由两部分组成，一部分为贴有陶瓷片的传统悬臂梁，另外一部分是与此悬臂梁成直角的附梁，此系统是目前可实现压电悬臂梁应变最均匀化的结构之～。此外，文章基于Rayleigh—Ritz原理为直角压电悬臂梁系统建立动力学模型，并创新性引入力一位移阻抗的方法分析等效惯性力激励下系统中力与力矩的分布与传递原理，直观说明直角梁力矩

2、优化应变分布的作用原理，并为结构的优化提供理论依据。通过ANSYS有限研究第一模态共振情况下系统的应力分布情况，直接验证应力优化的效果并证明力矩优化应力分布的作用原理。分析显示，在第一共振状态下附梁町提供给主梁一个极大的力矩，并且使主梁长度方向应变的分布极为均匀。实验设计三个附梁刚度不同的直角压电悬臂梁装置，装置中附梁的长度都为主梁长度的一半。当附梁的刚度是主梁O．02倍的时候，贴于主梁表面的陶瓷片表面长度方向应变分布极为均匀；此时，在第一共振频率处陶瓷片的材料相对利用效率高达93％，而传统的压电悬臂梁第一共振频率点

3、处陶瓷片的材料相对利用效率是50％。对比实验研究表明，随着附梁的刚度降低，贴于主梁表面压电陶瓷片的相对材料利用率增加。而后，实验测量研究了直角梁系统的压电陶瓷片的相对材料利用率扫频特性，说明压电直角悬臂梁力矩均匀应变的原理特性：此外，实验测试了等加速度激励下直角梁系统的电压输出扫频特性和功率输出扫频特性，说明应力分布均匀情况下的压电悬臂梁电压及功率输出的优势并间接证明理论。关键词：均匀应力分布，能量回收，悬臂梁，压电摘要IIAbstractABSTRACTThispaperpresentstheoreticalana

4、lysisandexperimentsonnovelright．anglepiezoelectriccantileverforvibrationalenergyharvesting．Thispaperfirstlyproposesarightanglepiezoelectriccantileverforenergyharvesting，aswellastheconceptofusingtorquetosmooththestraindistributionofthepiezoelectriccantileverandi

5、mproveitsperformance．Inthisdevice，allauxiliarycantileverwithproofmassisattachedtoapiezoelectriccantileverandformsarightanglewithit；itisoneofthemostefficientdevicescurrentlyavailabletosmooththestraindistributionofapiezoelectriccantilever．Inaddition，dynamicanalys

6、isbasedontheRayleigh．Ritzmethodsforpiezoelectriccantileverwasproposed，andnovelmethodsofforcedisplacementimpedancemethodwasproposedtoanalyzetheforceandmomentdistributionintherightanglecantileverexcitedbyinertiaforce，anddirectlydemonstratedtheprincipleofstrainsmo

7、otheffectofthetorqueinrightanglecantilever，thisprinciplecanbeusedtofurtherimprovetheperformanceofrightanglecantilever．StraindistributionsofthreemodelswereexaminedbyANASYSattheresonantfrequencies，respectively，whichprovethestrainsmootheneffectofatorquedirectly．AN

8、ASYSresultsshowedthattheauxiliarybeamwouldprovideanextremelylargetorqueandsmoothenthestraindistributionofthemainbeaminthelongitudedirectionatthefirstresonantfrequencies，thus