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1、環(huán)境中的振動(dòng)機(jī)械能無處不在,大到汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)、飛機(jī)飛行過程中引起的氣流擾動(dòng),小到人體心臟的跳動(dòng)等,都是典型的受環(huán)境影響較小的振動(dòng)機(jī)械能。目前針對(duì)環(huán)境中振動(dòng)機(jī)械能的采集和利用技術(shù)逐漸興起,用振動(dòng)換能器來替代或減少傳統(tǒng)化學(xué)電池的使用極具實(shí)際意義。但是,傳統(tǒng)的振動(dòng)換能器都存在采集能量功率密度低、帶寬窄的問題,并且兩者無法兼顧。針對(duì)這一技術(shù)難題,本論文根據(jù)分形結(jié)構(gòu)的思想,以多變的分形壓電振子代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一形狀壓電振子,利用分形的多樣性拓寬能
2、量采集帶寬。
本論文設(shè)計(jì)了基于謝爾賓斯基三角分形的寬帶壓電振子結(jié)構(gòu)。該壓電振子結(jié)構(gòu)以分形結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)思想,以壓電理論和懸臂梁理論為基礎(chǔ)。通過對(duì)謝爾賓斯基(Sierpinski)三角分形進(jìn)行懸臂梁化和有效填充,設(shè)計(jì)了在三個(gè)層次上具有自相似性的分形壓電振子結(jié)構(gòu),保證了材料的利用率以及結(jié)構(gòu)的多樣性。所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在三個(gè)層次上具有自相似性,保證了該分形壓電振子至少存在三個(gè)不同大小的諧振頻率,有效地增大壓電能量采集裝置的帶寬,可以更多的采集
3、環(huán)境中不同頻率的振動(dòng)機(jī)械能。并且經(jīng)填充后,每一層次的分形結(jié)構(gòu)數(shù)目都有效增加,能夠增加能量采集密度,提高輸出電壓。
本論文通過有限元計(jì)算方法對(duì)所設(shè)計(jì)的分形壓電振子的頻率特性和輸出電壓特性進(jìn)行分析。對(duì)每個(gè)層次以及整體分形壓電振子的諧振頻率進(jìn)行計(jì)算,同時(shí)通過掃頻探究各層次壓電振子應(yīng)變和輸出電壓隨頻率的變化。通過仿真結(jié)果可知,該壓電振子隨著分形層次的增加,能夠采集的振動(dòng)頻率范圍變寬,同時(shí)能量采集密度增加,輸出電壓變大。
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