基于顫振機理的微型壓電風(fēng)致振動能量收集器基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、微能源具有體積小、功率密度高、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點,是解決微型器件與系統(tǒng)的電源問題的有效途徑,受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。目前微能源的研究主要針對環(huán)境中的動能、熱能、太陽能等方面的收集與轉(zhuǎn)化,而對于風(fēng)能收集的微能源研究較少?；陲L(fēng)致振動機理的微型風(fēng)能收集器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,是微型風(fēng)能收集器的主要研究方向。
　　論文針對環(huán)境中廣泛存在的風(fēng)能,提出了一種基于顫振機理的微型壓電風(fēng)致振動能量收集器?；趬弘娦?yīng),建立了微型壓

2、電風(fēng)致振動能量收集器的單向耦合集總參數(shù)模型、單向耦合分布參數(shù)模型和雙向耦合分布參數(shù)模型,完成了模型的修正;提出了壓電梁與柔性梁復(fù)合的顫振新結(jié)構(gòu),建立了微型風(fēng)致振動能量收集器在軸向風(fēng)中的線性顫振模型和非線性顫振模型;研究了微型壓電風(fēng)致振動能量收集器的設(shè)計方法,提出了T型柔性梁結(jié)構(gòu)、非流線體結(jié)構(gòu)、逆風(fēng)顫振結(jié)構(gòu)等優(yōu)化結(jié)構(gòu);完成了微型壓電風(fēng)致振動能量收集器可靠性封裝設(shè)計和器件的加工,研制出了原理驗證樣機;搭建了測試分析平臺,完成了原理樣機的性能

3、測試與分析。研制出的原理樣機體積0.1cm3,在風(fēng)速12.2m/s時,開路電壓有效值為16.4V、輸出功率為3.1mW。
　　論文主要工作是:
　　①研究分析了微型風(fēng)能收集器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及存在的科學(xué)與技術(shù)問題,提出了基于顫振機理的微型壓電風(fēng)致振動能量收集器研究方案;
　?、诨贓uler懸臂梁理論,建立了微型壓電風(fēng)致振動能量收集器單向耦合的集總參數(shù)模型與分布參數(shù)模型,研究了不同激勵下的輸出性能;基于雙向壓電耦合效

4、應(yīng),建立了雙向耦合分布參數(shù)模型,修正了單向耦合模型;采用有限元分析方法對理論模型進行了驗證;
　?、厶岢龌陬澱駲C理的壓電梁與柔性梁復(fù)合的新結(jié)構(gòu),基于非定常流氣動理論方程、Euler懸臂梁理論建立了顫振機理的線性理論模型,采用切比雪夫配點法完成了數(shù)值求解;基于 Lighthill氣動力學(xué)模型、懸臂梁的不可拉伸條件建立了非線性顫振理論模型,采用Galerkin模態(tài)疊加方法和Houbolt方法完成了非線性顫振模型的數(shù)值化求解;

5、　　④確定了微型風(fēng)致振動能量收集器工作風(fēng)速范圍的設(shè)計要求;采用顫振理論模型分析了柔性梁尺寸等因素對顫振臨界風(fēng)速等性能的影響,確定了柔性梁尺寸范圍;研究了降低臨界風(fēng)速的方法,提出了 T型柔性梁、非流線體和逆風(fēng)顫振結(jié)構(gòu)等三個優(yōu)化設(shè)計方案;開展了微型風(fēng)致振動能量收集器可靠性封裝設(shè)計;
　?、萃瓿闪宋⑿惋L(fēng)致振動能量收集器的加工與組裝,研制出了原理樣機;搭建了小型風(fēng)洞測試平臺和振動測試平臺;分析了微型風(fēng)致振動能量收集器的顫振過程,完成了順風(fēng)