面向?qū)掝l激勵的非線性振動能量轉(zhuǎn)化方法研究.pdf

1、振動能量轉(zhuǎn)化旨在采集機(jī)械振動中蘊含的能量，并將其轉(zhuǎn)化為便于儲存、利用的其他形式能，如電能。傳統(tǒng)共振式振動能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)僅能有效采集并轉(zhuǎn)化其共振頻率附近極窄頻段內(nèi)的振動能量，然而自然界廣泛存在的機(jī)械振動大都具有寬頻、隨機(jī)的特點，這使得傳統(tǒng)振動能量轉(zhuǎn)化方法的局限性大大凸顯。因此，有效采集并轉(zhuǎn)化寬頻、隨機(jī)振動中的機(jī)械能，成為了目前振動能量轉(zhuǎn)化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。
　　本文設(shè)計了一種可以產(chǎn)生三種不同非線性磁場力的結(jié)構(gòu)，即“三對稱”永磁體組。將“

2、三對稱”永磁體組與傳統(tǒng)懸臂梁式壓電振動能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)相結(jié)合，形成一款可以產(chǎn)生剛度軟化、剛度硬化、以及剛度偏置三種非線性特性的懸臂梁式壓電換能器。
　　基于達(dá)朗貝爾原理提出了一種簡化的非線性動力學(xué)建模方法，并利用該方法建立了非線性懸臂梁式壓電換能器的等效動力學(xué)模型。進(jìn)而，推導(dǎo)了其非線性力-電轉(zhuǎn)化方程，為“分析非線性特性對于振動能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的影響”以及“為振動能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)針對性設(shè)計所需要的非線性特性”提供了理論支撐。
　　通過數(shù)值

3、仿真，對比分析了三種非線性壓電換能集器與線性壓電換能器在簡諧激勵、線性掃頻激勵、以及寬頻隨機(jī)激勵下的電壓輸出特性。結(jié)果表明：非線性壓電換能器在簡諧激勵下相比線性壓電換能器無明顯優(yōu)勢；而在線性掃頻激勵和寬頻隨機(jī)激勵下，非線性壓電換能器，尤其是剛度軟化類型，在拓寬工作頻帶、提高整體力-電轉(zhuǎn)化效率方面具有優(yōu)勢。
　　為確保所設(shè)計的非線性壓電換能系統(tǒng)的優(yōu)勢能夠最大程度得以體現(xiàn)，圍繞非線性特性產(chǎn)生的源頭，即“三對稱”永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)，進(jìn)行了優(yōu)