基于力電耦合材料振動能量捕獲研究.pdf

1、本文以推進(jìn)鐵電材料與結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，研究分布式能量捕獲方法和原理為目的；以壓電懸臂梁和鐵電懸臂梁為研究對象，開展鐵電材料和復(fù)合結(jié)構(gòu)中與電疇變相關(guān)的滯回動力學(xué)研究，以及振動能量捕獲的相關(guān)研究，對其他智能材料與結(jié)構(gòu)的研究，也同樣具有非常直接的、有價值的參考意義。
　　 本文主要內(nèi)容如下：
　　 第一章，首先闡述了本文的研究背景和意義，并基于國內(nèi)外力電耦合材料振動能量捕獲的研究現(xiàn)狀，歸納和分析其中亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問題，確定

2、了本文的研究思路。
　　 第二章，首先較詳細(xì)地介紹了鐵電材料的疇結(jié)構(gòu)和疇結(jié)構(gòu)的極化反轉(zhuǎn)，根據(jù)熱力學(xué)理論，介紹了鐵電第一相變和鐵電第二相變。并基于朗道相變理論，建立了一個新的鐵電材料微分本構(gòu)模型，利用這個微分模型，有些地模擬了鐵電材料的單滯回環(huán)和雙滯回環(huán)，為將來鐵電材料的運(yùn)用奠定基礎(chǔ)。同時還介紹了基于懸臂梁振動的能量捕獲基本原理。
　　 第三章，首先簡要介紹了壓電效應(yīng)和壓電方程，其次基于歐拉-伯努利梁的彎曲靜力方程，建立了

3、鐵電懸臂梁和壓電懸臂梁的力電耦合方程，并利用Comsol Multiphysics軟件對壓電懸臂梁進(jìn)行了數(shù)值模擬，分別對自由端受到100N作用力和50N作用力進(jìn)行了數(shù)值仿真，得出懸臂梁自由端撓度與自由端受力成正比。
　　 第四章，簡述了力電耦合材料振動臺架實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本原理，搭建了力電耦合結(jié)構(gòu)振動試驗(yàn)臺架，并基于labview軟件設(shè)計了該試驗(yàn)臺架的數(shù)字采集系統(tǒng)。
　　 第五章，首先利用力電耦合結(jié)構(gòu)振動試驗(yàn)臺架，對鐵電懸臂

4、梁和壓電懸臂梁進(jìn)行振動能量捕獲實(shí)驗(yàn)，比較分析了鐵電懸臂梁和壓電懸臂梁在不同激振頻率和振幅作用下所產(chǎn)生的電量，其次比較分析了相同激振頻率和振幅作用下鐵電懸臂梁和壓電懸臂梁所產(chǎn)生的電量的大小，并分析了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的原因，最終得出力電耦合懸臂梁的輸出電量的大小與激振頻率和振動幅值有關(guān)。
　　 第六章，首先對本文所做的工作做了一個總結(jié)，其次指出了本文工作存在的不足，如壓電懸臂梁和鐵電懸臂梁的激勵振幅過小，從而使得鐵電懸臂梁無法得到較大的外載