Duffing振子雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁俘能器的分析與設(shè)計.pdf

1、環(huán)境能量收集技術(shù)是當(dāng)前熱點的研究課題之一，其中雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁振動俘能器由于其結(jié)構(gòu)簡單而備受關(guān)注。但目前關(guān)于混沌振動能量的俘獲技術(shù)的研究卻沒有公開報道。然而，混沌振動是介于周期振動和隨機(jī)振動之間的另外一種特殊振動形式。因此，對安裝在混沌振子上的俘能器進(jìn)行研究和設(shè)計具有一定的理論和實際應(yīng)用意義。
　　本文研究了安裝在Duffing振子上的雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁俘能器的相關(guān)問題，包括俘能器對振子混沌運動的影響，俘能器在混沌振動激勵下的俘能機(jī)

2、理以及Duffing振子雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁俘能器的優(yōu)化設(shè)計等。研究表明，對于混沌振動激勵，廣泛應(yīng)用的平均輸出功率并不能全面地衡量俘能效果，本文從儲能的角度提出阱間跳躍頻率比這一衡量俘能效果的指標(biāo)作為衡量俘能效果的補(bǔ)充。
　　本文具體的研究內(nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下:
　　1.運用牛頓第二定律建立了Duffing振子的動力學(xué)方程，分析了外界激勵頻率和幅值變化時振子的振動特性。考慮俘能器懸臂梁的質(zhì)量分布，將其視為歐拉-伯努利梁，將加裝于振

3、子上的懸臂梁俘能器與振子視為一個兩自由度系統(tǒng)，運用Language方程建立系統(tǒng)的耦合動力學(xué)方程和機(jī)電耦合方程，并進(jìn)一步分析了加裝懸臂梁之后振子的混沌特性。發(fā)現(xiàn)俘能器的加裝并不會對振子的混沌振動產(chǎn)生影響，將此混沌振動作為俘能器的輸入激勵，發(fā)現(xiàn)懸臂梁只會出現(xiàn)混沌運動，而不會出現(xiàn)周期運動。
　　2.對雙穩(wěn)態(tài)俘能器的俘能機(jī)理進(jìn)行的深入的研究。分析了目前常用的衡量俘能效果指標(biāo)的不足，并從儲能的角度提出了阱間跳躍頻率比這一衡量俘能效果的指標(biāo)。