二維低頻多模態(tài)振動能量回收結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、為了改善傳統(tǒng)的振動能量回收結(jié)構(gòu)收集能量方向的單一性,拓寬能量回收的頻帶范圍,提高能量回收功率,本文提出了一種螺旋型梁式二維低頻多模態(tài)振動能量回收結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是由螺旋型彈性基片和黏貼在彈性基片上的壓電陶瓷片組成。
　　首先,介紹了能量回收結(jié)構(gòu)的工作原理,主要內(nèi)容包括壓電材料的正逆壓電效應(yīng),壓電方程,壓電常數(shù)以及常用的壓電材料等。
　　其次,介紹了懸臂梁式振動能量回收結(jié)構(gòu)及其理論分析,并在懸臂梁式能量回收結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上提出了螺

2、旋型梁式二維低頻多模態(tài)振動能量回收結(jié)構(gòu)。
　　然后,用有限元分析軟件 ABAQUS對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析,主要進(jìn)行的是模態(tài)分析和動態(tài)分析。并且在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上,用Python語言編寫腳本文件調(diào)用ABAQUS進(jìn)行可循環(huán)的仿真分析,分析了結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)對固有頻率的影響。
　　最后,搭建實驗系統(tǒng)裝置,對螺旋型梁式二維低頻多模態(tài)振動能量回收結(jié)構(gòu)進(jìn)行實驗研究。實驗部分的主要內(nèi)容包括:壓電材料PVDF和PZT的發(fā)電性能對比實驗;壓電片

3、黏貼位置和數(shù)量的探究實驗;結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)對壓電片的開路輸出電壓的影響關(guān)系實驗;能量回收結(jié)構(gòu)的輸出功率的獲取實驗。
　　研究結(jié)果表明,本文提出的螺旋型梁式二維低頻多模態(tài)振動能量回收結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)X-Y平面內(nèi) X、Y兩個方向能量的回收;該結(jié)構(gòu)在1~100Hz的頻率范圍內(nèi)有較多可用于能量回收的模態(tài),拓寬了能量回收的頻率范圍;最大輸出功率可以達(dá)到0.259mW,提高了能量回收結(jié)構(gòu)的輸出功率;在低頻21.2Hz也具有較大的輸出功率為0.128m