梁式壓電換能器的力電耦合分析.pdf

1、隨著各種小型電子設(shè)備的廣泛使用，電子設(shè)備的自供能問題日益凸顯。利用壓電效應(yīng)獲取環(huán)境振動(dòng)能量的方式越來越顯示出其應(yīng)用環(huán)境廣泛、方便簡(jiǎn)潔的優(yōu)勢(shì)。壓電換能器有多種結(jié)構(gòu)，梁式壓電換能器是其中一種重要的類型。由于壓電懸臂梁的末端有集中質(zhì)量的情況下，很難給出振動(dòng)狀態(tài)下壓電效應(yīng)的解析表達(dá)式，因此目前國內(nèi)這方面的研究多限于實(shí)驗(yàn)測(cè)試。涉及到一階以上共振頻率的梁式壓電換能器相關(guān)研究較少，理論尚匱乏。傳統(tǒng)的有關(guān)壓電換能器中壓電梁的研究大多限于單階振型或者直接

2、簡(jiǎn)化為單自由度模型，不適合于較高頻率的振動(dòng)。在外界頻率較高的情況下會(huì)有很大的誤差。本文共分四章，針對(duì)末端帶有集中質(zhì)量的壓電懸臂梁展開分析，系統(tǒng)研究了在較大頻率范圍內(nèi)的電流輸出性質(zhì)。
　　第一章闡述了獲取環(huán)境能量的巨大意義和各種能量獲取方式的優(yōu)劣，并簡(jiǎn)要介紹了國內(nèi)外的相關(guān)方向理論成果。
　　第二章首先簡(jiǎn)述了壓電效應(yīng)的產(chǎn)生原理和相關(guān)基礎(chǔ)理論，列舉了四種常見邊界條件下的壓電方程組。其次，對(duì)懸臂梁和簡(jiǎn)支梁進(jìn)行了靜力學(xué)分析，得到了他們

3、在一定變形下的壓電效應(yīng)計(jì)算式，為后續(xù)章節(jié)的動(dòng)力學(xué)分析做了準(zhǔn)備工作。
　　第三章對(duì)壓電懸臂梁展開動(dòng)力學(xué)分析。首先針對(duì)帶有集中質(zhì)量的懸臂梁進(jìn)行主振型的修正。得到了既滿足邊界條件，有具有正交性的前三階主振型計(jì)算式，并利用數(shù)學(xué)軟件繪制了相應(yīng)振型圖線。其次，利用所得到的主振型計(jì)算了壓電懸臂梁的動(dòng)態(tài)撓度，并分析振動(dòng)中的阻尼問題。再次，對(duì)壓電懸臂梁的工作過程進(jìn)行了定性分析。最后，闡述了壓電懸臂梁電荷輸出的計(jì)算方法。
　　第四章利用前面章節(jié)