壓電懸臂梁風(fēng)車的建模仿真與試驗研究.pdf

1、為滿足微功率遙感/埋植監(jiān)測系統(tǒng)的自供電需求、避免大量廢棄電池污染環(huán)境，人們提出了基于電磁、靜電、熱電等原理的微小型發(fā)電機(jī)。壓電發(fā)電機(jī)的優(yōu)勢在于結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)熱少、無電磁干擾、易于實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的微小化與集成化，其研究與應(yīng)用得到了各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。為實現(xiàn)風(fēng)、管道流等流體能量的有效回收，本文提出一種基于旋磁激勵的壓電懸臂風(fēng)車，并從理論和試驗兩方面進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容如下:
　　1.利用COMSOL軟件進(jìn)行了矩形及預(yù)彎型壓電懸臂梁振子的建模

2、與仿真分析，研究了壓電晶片厚度給定時基板厚度/長度等結(jié)構(gòu)尺度對其位移、應(yīng)力分布、諧振頻率及振動模態(tài)的影響規(guī)律;結(jié)果表明，外力給定時兩種壓電振子的最大壓應(yīng)力及位移均隨金屬基板厚度減小/長度增加、預(yù)彎梁半徑增加而增加，且預(yù)彎梁固定端應(yīng)力略大、寬度方向應(yīng)力更為均勻，有利于提高可靠性及發(fā)電能力;此外，懸臂梁壓電振子僅在一階模態(tài)下才有較好的發(fā)電性能。
　　2.介紹了壓電風(fēng)車結(jié)構(gòu)及其工作原理;利用傅里葉級數(shù)展開及疊加原理，建立了一般性周期三角

3、波激勵條件下壓電風(fēng)車的振動響應(yīng)模型，并進(jìn)行了時域及頻域的模擬仿真;獲得了激勵磁鐵數(shù)量、周期比、壓電振子端部附加質(zhì)量、轉(zhuǎn)速等對振幅放大比時域波形及振幅放大比-轉(zhuǎn)速特性曲線的影響規(guī)律。
　　3.設(shè)計制作了試驗樣機(jī)、搭建了試驗測試系統(tǒng)，并在調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速或風(fēng)速的條件下進(jìn)行了試驗測試，獲得了激勵磁鐵個數(shù)/組數(shù)、壓電振子剛度、壓電振子端部附加質(zhì)量/定磁鐵數(shù)等對壓電風(fēng)車輸出性能的影響規(guī)律，包括壓電風(fēng)車輸出電壓的時域波形及頻率響應(yīng)特性;試驗結(jié)果表