基于振动的压电材料的能量采集特性分析

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1、学校代码10530学号201107101533分类号TB381密级公开硕士学位论文基于振动的压电材料的能量采集特性分析学位申请人钱学朋指导教师朱石沙教授魏克湘教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向机电液传动与控制二零一四年六月一日万方数据CharacteristicAnalysisofthePiezoelectricMaterialEnergyHarvestingBasedOnVibrationCandidateQianXuepengSupervisorProfessorZhushishaProfessorWeiKexi

2、angCollegeCollegeofMechanicalEngineeringProgramMechanicalElectronicEngineeringSpecializationMechanicalandelectricalhydraulictransmissionandcontrolDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanofUniversityDateJune1th,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研

3、究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理

4、。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要科技的发展带来了工业的巨大进步，同时也带来了环境的污染。车辆等交通工具的振动噪声、大型机械的工作噪声给人们带来了不舒适，严重影响了人们的健康。随着智能材料的研究与应用愈来愈广泛，压电材料和电流变材料，均有响应速度快、电控性能好、无电磁干扰的良好性能，在振动控制和减噪方面也引起了人们的重视。同时这些噪声作为振动能，也是一种再生的可利用能源。将空气中的振动能转化或收集并加以利用也成为科学家们的一个关注方向。压电材料将振动能转化成电能的功率虽然不高，但伴随着小功率器件的发展，功耗

5、也不断降低，其在能量采集方面应用平台越来越多。本文研究了两种基于振动的压电材料的能量采集装置：d31式——悬臂梁型和d33式——圆柱型。在对两种类型压电振子有限元仿真的基础上，进行了能量采集装置的结构设计及实验分析。具体研究内容如下：1、总结了压电能量采集研究技术的现状，包括压电结构的研究、压电理论的研究、压电电路的设计，并推导了压电结构产生电压的一般表达式。2、利用有限元分析软件ANSYS对悬臂型和圆柱型压电振子进行了静态分析和模态分析，获得了两种压电振子的固有频率和振型，并研究了压电振子尺寸对结构和发电性能的影响。3、针对两种

6、压电振子的振动形式分别为d31和d33，制作了两类不同的夹具体，从而组成了两种不同的压电能量采集装置，分别对它们的发电性能进行了实验性能测试。4、对两种形式能量采集装置的应用分别进行了研究。利用d31式-悬臂梁型能量采集装置点亮二极管；利用d33式-圆柱型能量采集装置为电流变液供电，可以发现改变了电流变液结构，首次完成了压电材料为电流变材料供能的可视化实验验证。并设计了几种压电材料与电流变材料结合的自供能减振器。关键词：能量采集；压电陶瓷；高压微功率；振动控制；自供能减振器I万方数据AbstractThedevelopmentof

7、technologyhasbroughttremendousadvanceinindustry,butitalsobringsenvironmentalpollution.Thenoiseandvibrationproducedbyvariousvehiclesandlargemachinerymakepeopleuncomfortableandaffectpeople’shealthyseriously.Withthewidelyresearchandapplicationofsmartmaterials,peoplepayal

8、otsattentiontopiezoelectricmaterialsandelectro-rheologicalmaterialsinvibrationcontrolandreducingnoise,becausetheybothhaverap