非線性壓電懸臂梁振動(dòng)特性與能量采集研究.pdf

1、過去的二十年見證了微機(jī)電技術(shù)的快速發(fā)展，無線傳感器、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、醫(yī)療植入設(shè)備向著微型化和低耗化的方向發(fā)展。電池、太陽能和風(fēng)能等供能方式因其缺陷受到限制，振動(dòng)能量采集為低耗設(shè)備的自供能提供了新的可能性。壓電懸臂梁式結(jié)構(gòu)是最受歡迎的振動(dòng)能量采集結(jié)構(gòu)形式，傳統(tǒng)線性壓電懸臂梁因其存在固有頻率較高和帶寬較窄的缺點(diǎn)，因此人們提出非線性壓電懸臂梁能量采集方式，以增加能量轉(zhuǎn)化率和拓展帶寬。本課題重點(diǎn)研究非線性壓電懸臂梁的動(dòng)力學(xué)特性，探索不同隨機(jī)特征激

2、勵(lì)下非線性壓電懸臂梁的輸出響應(yīng)特性。
　　課題首先建立了非線性壓電懸臂梁集總參數(shù)模型，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)系統(tǒng)勢能函數(shù)及其非線性動(dòng)力學(xué)特性的影響。由于輸入激勵(lì)是壓電梁能量獲取的一個(gè)關(guān)鍵因素，而以往研究通常選取諧波激勵(lì)作為輸入激勵(lì)，與實(shí)際環(huán)境中非周期、隨機(jī)的激勵(lì)不相符，因此為了更好地模擬現(xiàn)實(shí)中的激勵(lì)，課題通過數(shù)值仿真的方法獲得了高斯白噪聲、限帶白噪聲、高斯色噪聲以及窄帶濾波等激勵(lì)形式，并以這些激勵(lì)輸入研究非線性壓電懸臂梁的振動(dòng)特性。

3、r>　　為了分析非線性隨機(jī)響應(yīng)的概率密度函數(shù)，課題通過伊藤隨機(jī)積分方法列出并簡化了相應(yīng)的FPK方程，分析了采集電路的時(shí)間參數(shù)對(duì)非線性輸出的影響。運(yùn)用隨機(jī)線性化方法對(duì)非線性系統(tǒng)進(jìn)行了等效線性化，并討論了不同磁鐵間距的等效固有頻率的變化。課題最后通過仿真深入研究了不同隨機(jī)激勵(lì)下，激勵(lì)參數(shù)對(duì)非線性輸出電壓響應(yīng)隨兩個(gè)磁鐵間距變化規(guī)律的影響。
　　總之，課題深入探討了非線性壓電懸臂梁的振動(dòng)能量采集特性，理論分析和數(shù)值仿真表明，不同的隨機(jī)激勵(lì)