本文關鍵詞：扭轉及彎曲壓電梁渦激振動俘能研究

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【摘要】：自然界中,低速流動的水流廣泛存在。設計加工俘能裝置,將這些低速流體中蘊含的水能轉換為電能已經成為當下學者們的研究熱點。當低速水流流經圓柱時,會發(fā)生渦激振動,激勵圓柱周期性地低頻振動,將壓電梁與圓柱剛性連接后,與圓柱一起周期性振動,極化發(fā)電。單個俘能器可以為間歇性低功耗裝置和無線小型電子設備供能,同時,多組俘能器的陣列組合,可以為大型電子設備持續(xù)供電。閱讀相關文獻,通過圓柱偏心設計,設計加工了扭轉型和彎扭復合型渦激振動壓電俘能器,用于俘獲低速水流中的水能,并對其進行了一系列的數值分析和實驗研究�；诹黧w渦激振動、機械振動、材料力學、彈性力學、壓電學、歐拉伯努利梁、Galerkin離散等理論,建立了壓電梁的數學模型,結合Lagrange方程,建立了渦激振動俘能器的非線性能量控制方程。利用建立的能量控制方程,對設計的俘能器進行了數值分析,對比它們的振動特性后,選取俘能效果好的彎扭復合型壓電梁渦激振動俘能器作為本文的主要研究對象,同時,研究了流速、外接負載電阻、壓電片寬度、圓柱直徑及其質量偏心距和圓柱質量對俘能器俘能特性的影響。在環(huán)境中水流流速一定的情況下,合理的選取外接電阻,壓電梁以及偏心圓柱的尺寸以盡可能最大限度的俘獲能量。研制了實驗平臺,加工裝配了俘能器,實驗驗證數值分析的結果。實驗與數值分析的結果無論在趨勢還是數值上都有著很好的一致性,驗證了本文數學模型的正確性,可以用于指導設計加工高效的俘能器。同時,研制出了彎扭復合型渦激振動壓電俘能器,最大輸出功率為0.4133m W,相比彎振型渦激振動壓電俘能器,最大輸出功率提高了130%。本文研究了扭轉及彎曲壓電梁渦激振動俘能,通過實驗驗證了建立理論的模型的正確性,可以用于指導設計加工利用低速水流的高效俘能裝置。
【關鍵詞】：渦激振動 低頻振動 扭轉振動 彎扭復合 壓電俘能
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM619
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題來源9
• 1.2 研究背景及意義9-10
• 1.3 國內外研究現狀10-16
• 1.3.1 渦激振動的研究現狀10-13
• 1.3.2 懸臂梁壓電俘能的研究現狀13-15
• 1.3.3 空氣中的渦激振動壓電俘能15-16
• 1.3.4 水流中的壓電俘能16
• 1.4 國內外研究現狀分析16-17
• 1.5 本課題的主要研究內容17-19
• 第2章 渦激振動壓電俘能器的建模19-45
• 2.1 引言19
• 2.2 渦激振動壓電俘能器的建模19-30
• 2.3 彎曲及扭轉壓電梁渦激振動俘能器的建模30-44
• 2.3.1 扭轉型壓電梁渦激振動俘能器的建模30-35
• 2.3.2 彎扭復合型壓電梁渦激振動俘能器的建模35-44
• 2.4 本章小結44-45
• 第3章 渦激振動壓電俘能器的數值仿真45-59
• 3.1 引言45
• 3.2 渦激振動壓電俘能器的基本參數45-46
• 3.3 渦激振動壓電俘能器的機械阻尼比46-47
• 3.4 流速對俘能器振動與俘能特性的影響47-52
• 3.4.1 流速對俘能器振動特性的影響47-49
• 3.4.2 流速對俘能器俘能特性的影響49-52
• 3.5 渦激振動壓電俘能器的最優(yōu)負載電阻52-55
• 3.6 俘能器尺寸對俘能器俘能特性的影響55-57
• 3.7 圓柱質量對渦激振動壓電俘能器俘能特性的影響57-58
• 3.8 本章小結58-59
• 第4章 渦激振動壓電俘能器的實驗研究59-69
• 4.1 引言59
• 4.2 試驗臺的研制59-61
• 4.2.1 實驗水槽的研制59-60
• 4.2.2 離心水泵及變頻器的選取60
• 4.2.3 數據采集卡與流速儀的選取60-61
• 4.3 實驗設備的準備與調試61-63
• 4.3.1 俘能器的加工裝配61-62
• 4.3.2 實驗臺的調試62-63
• 4.4 渦激振動壓電俘能器俘能特性的實驗研究63-68
• 4.4.1 流速對俘能器俘能特性影響的實驗研究63-65
• 4.4.2 外接電阻對俘能器俘能特性影響的實驗研究65-66
• 4.4.3 俘能器尺寸對俘能特性影響的實驗研究66-67
• 4.4.4 圓柱質量對俘能器俘能特性影響的實驗研究67-68
• 4.5 本章小結68-69
• 結論69-71
• 參考文獻71-77
• 致謝77

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1 趙連惠;;結構渦激振動的理論計算方法實驗研究通過部級評審[J];應用科技;1988年04期

2 劉健新;橋梁對風反應中的渦激振動及制振[J];中國公路學報;1995年02期

3 李立,廖錦翔,鄭忠雙;有限元方法計算橋梁渦激振動響應[J];公路交通科技;2003年03期

4 晏致濤;李正良;黃漢杰;;空間結構渦激振動分析[J];空氣動力學學報;2008年01期

5 方平治;顧明;;圓柱兩自由度渦激振動的數值模擬研究[J];同濟大學學報(自然科學版);2008年03期

6 方平治;顧明;談建國;;典型2維柱體渦激振動的數值模擬研究[J];同濟大學學報(自然科學版);2009年07期

7 許福友;丁威;姜峰;張哲;;大跨度橋梁渦激振動研究進展與展望[J];振動與沖擊;2010年10期

8 惲秋琴;艾尚茂;孫麗萍;;海底多跨管道渦激振動疲勞簡化分析[J];中國造船;2010年04期

9 劉志文;陳政清;栗小祜;周帥;呂建國;;串列雙流線型斷面渦激振動氣動干擾試驗[J];中國公路學報;2011年03期

10 劉志文;劉小兵;陳政清;栗小祜;;均勻流場串列雙Π型斷面渦激振動氣動干擾試驗研究[J];工程力學;2011年12期

中國重要會議論文全文數據庫 前10條

1 陳偉民;時忠民;;海洋平臺的渦激振動研究及其分析方法[A];2003年度海洋工程學術會議論文集[C];2003年

2 王琳;;內流速度對管道渦激振動響應的影響研究[A];第六屆全國動力學與控制青年學者學術研討會論文摘要集[C];2012年

3 劉志文;楊陽;陳政清;張著名;辛亞兵;;橋梁結構抗風設計中的渦激振動問題[A];第十八屆全國橋梁學術會議論文集（下冊）[C];2008年

4 代胡亮;王琳;;超臨界內流速條件下管道的渦激振動響應[A];第九屆全國動力學與控制學術會議會議手冊[C];2012年

5 黃熙龍;王嘉松;;利用離散渦方法模擬圓柱繞流及渦激振動[A];第二十五屆全國水動力學研討會暨第十二屆全國水動力學學術會議文集（上冊）[C];2013年

6 王琳;;非線性渦激振動及其能量利用的幾個問題討論[A];第七屆全國動力學與控制青年學者研討會論文摘要集[C];2013年

7 鮮榮;廖海黎;朱超;盛建軍;;大跨度橋梁渦激振動經驗線性模型應用[A];第十四屆全國結構風工程學術會議論文集（中冊）[C];2009年

8 王藝;陳偉民;;均勻來流中圓柱渦激振動負附加質量[A];第十二屆中國海岸工程學術討論會論文集[C];2005年

9 林黎明;宋芳;曾曉輝;;應用新的尾流振子模型研究大長徑比下立管的渦激振動[A];北京力學會第十六屆學術年會論文集[C];2010年

10 廖海黎;王騎;李明水;;嘉紹大橋分體式鋼箱梁渦激振動特性風洞試驗研究[A];第十四屆全國結構風工程學術會議論文集（中冊）[C];2009年

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1 涂佳黃;剪切來流下鈍體繞流與渦激振動效應模擬與分析[D];上海交通大學;2014年

2 孫延國;基于偏相關的大跨度橋梁渦激振動分析方法及應用研究[D];西南交通大學;2013年

3 李保軍;海洋管線渦激振動監(jiān)測關鍵技術研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

4 秦浩;大跨度變截面連續(xù)鋼箱梁橋渦激振動計算方法研究[D];西南交通大學;2015年

5 毛海英;鋼懸鏈線立管整體動力響應分析[D];中國海洋大學;2015年

6 詹昊;鋼桁拱橋吊桿渦激振動仿真分析[D];華中科技大學;2009年

7 陳正壽;柔性管渦激振動的模型實驗及數值模擬研究[D];中國海洋大學;2009年

8 何長江;柔性立管渦激振動試驗與數值模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

9 黃智勇;柔性立管渦激振動時域響應分析[D];上海交通大學;2008年

10 唐世振;考慮順流向振動的深水頂張力立管渦激振動分析[D];中國海洋大學;2010年

中國碩士學位論文全文數據庫 前10條

1 韓艷艷;鋼箱梁斜拉橋渦激振動控制的TMD參數研究[D];西南交通大學;2015年

2 岳明;懸索橋鉸接式吊索渦激振動氣動干擾效應數值分析[D];鄭州大學;2015年

3 呂鳳池;基于圓柱渦激振動壓電梁水下俘能特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

4 譚真;風帆助航船渦激振動研究[D];大連理工大學;2015年

5 段青松;積雪對橋梁空氣動力的影響研究[D];西南交通大學;2014年

6 王彥彪;基于模型測壓試驗的扁平箱梁渦振機理研究[D];石家莊鐵道大學;2015年

7 武爽;潮流能轉換裝置阻尼條件下圓柱振子渦激振動現象研究[D];中國海洋大學;2015年

8 鐘詩民;群式站立式立管浮筒渦激振動研究[D];中國海洋大學;2015年

9 郭峰;汽車外后視鏡風激振特性的數值模擬研究[D];吉林大學;2016年

10 朱文波;海洋熱塑性增強管渦激振動流固耦合分析[D];南京理工大學;2016年

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本文編號：741741