基于顫振機理的微型壓電風致振動能量收集器基礎理論與關(guān)鍵技術(shù).pdf

1、微能源具有體積小、功率密度高、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點,是解決微型器件與系統(tǒng)的電源問題的有效途徑,受到了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。目前微能源的研究主要針對環(huán)境中的動能、熱能、太陽能等方面的收集與轉(zhuǎn)化,而對于風能收集的微能源研究較少。基于風致振動機理的微型風能收集器具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點,是微型風能收集器的主要研究方向。
　　論文針對環(huán)境中廣泛存在的風能,提出了一種基于顫振機理的微型壓電風致振動能量收集器?；趬弘娦?建立了微型壓

2、電風致振動能量收集器的單向耦合集總參數(shù)模型、單向耦合分布參數(shù)模型和雙向耦合分布參數(shù)模型,完成了模型的修正;提出了壓電梁與柔性梁復合的顫振新結(jié)構(gòu),建立了微型風致振動能量收集器在軸向風中的線性顫振模型和非線性顫振模型;研究了微型壓電風致振動能量收集器的設計方法,提出了T型柔性梁結(jié)構(gòu)、非流線體結(jié)構(gòu)、逆風顫振結(jié)構(gòu)等優(yōu)化結(jié)構(gòu);完成了微型壓電風致振動能量收集器可靠性封裝設計和器件的加工,研制出了原理驗證樣機;搭建了測試分析平臺,完成了原理樣機的性能

3、測試與分析。研制出的原理樣機體積0.1cm3,在風速12.2m/s時,開路電壓有效值為16.4V、輸出功率為3.1mW。
　　論文主要工作是:
　?、傺芯糠治隽宋⑿惋L能收集器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及存在的科學與技術(shù)問題,提出了基于顫振機理的微型壓電風致振動能量收集器研究方案;
　?、诨贓uler懸臂梁理論,建立了微型壓電風致振動能量收集器單向耦合的集總參數(shù)模型與分布參數(shù)模型,研究了不同激勵下的輸出性能;基于雙向壓電耦合效

4、應,建立了雙向耦合分布參數(shù)模型,修正了單向耦合模型;采用有限元分析方法對理論模型進行了驗證;
　?、厶岢龌陬澱駲C理的壓電梁與柔性梁復合的新結(jié)構(gòu),基于非定常流氣動理論方程、Euler懸臂梁理論建立了顫振機理的線性理論模型,采用切比雪夫配點法完成了數(shù)值求解;基于 Lighthill氣動力學模型、懸臂梁的不可拉伸條件建立了非線性顫振理論模型,采用Galerkin模態(tài)疊加方法和Houbolt方法完成了非線性顫振模型的數(shù)值化求解;

5、　?、艽_定了微型風致振動能量收集器工作風速范圍的設計要求;采用顫振理論模型分析了柔性梁尺寸等因素對顫振臨界風速等性能的影響,確定了柔性梁尺寸范圍;研究了降低臨界風速的方法,提出了 T型柔性梁、非流線體和逆風顫振結(jié)構(gòu)等三個優(yōu)化設計方案;開展了微型風致振動能量收集器可靠性封裝設計;
　?、萃瓿闪宋⑿惋L致振動能量收集器的加工與組裝,研制出了原理樣機;搭建了小型風洞測試平臺和振動測試平臺;分析了微型風致振動能量收集器的顫振過程,完成了順風