本文關(guān)鍵詞：基于圓柱渦激振動(dòng)壓電梁水下俘能特性研究

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【摘要】：流體流過非流線型物體時(shí),一定條件下會(huì)在物體兩側(cè)周期性地脫落出旋向相反、排列規(guī)則的漩渦,漩渦的反作用力可使壓電梁隨著非流線型物體產(chǎn)生大擺幅振動(dòng)。壓電振子可利用這種持續(xù)性壓強(qiáng)波動(dòng)輸出電能。本文基于渦激振動(dòng)理論,提出一種雙圓柱-壓電振子俘能裝置(雙圓柱系統(tǒng)),推導(dǎo)出其動(dòng)力學(xué)方程,結(jié)合數(shù)值分析、ANSYS模態(tài)分析、實(shí)驗(yàn)研究三種方法,探索其動(dòng)力學(xué)規(guī)律與壓電俘能特性,優(yōu)化俘能模型,以獲得較大的能量輸出。采用能量等效的方法,求出質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣、剛度矩陣與力矩陣,推導(dǎo)雙圓柱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。將壓電作用力等效成壓電阻尼,融合到阻尼矩陣中;利用微元法,求出圓柱繞流產(chǎn)生的漩渦對(duì)梁與圓柱的作用力。使用拉格朗日方程,將力的作用點(diǎn)等效到兩個(gè)圓柱的中心。建立仿真模型,對(duì)典型的雙圓柱系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析,闡述實(shí)現(xiàn)一階固有頻率共振的合理性�；陔p圓柱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,結(jié)合數(shù)值分析、仿真分析、實(shí)驗(yàn)分析的方法,得到圓柱直徑影響雙圓柱系統(tǒng)振動(dòng)特性,探究流速與壓電梁長(zhǎng)度一定時(shí),圓柱長(zhǎng)度與圓柱直徑的變化對(duì)系統(tǒng)共振的影響。推導(dǎo)最優(yōu)電阻的計(jì)算方程,從理論與實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證最優(yōu)電阻計(jì)算的正確性,在此基礎(chǔ)上探究圓柱直徑和流速對(duì)最優(yōu)電阻的影響。提出雙圓柱系統(tǒng)理想模型設(shè)計(jì)流程,針對(duì)不同流速的流體,設(shè)計(jì)該流速條件下俘能性能較好的雙圓柱系統(tǒng)。用粘涂硅膠的方法解決實(shí)驗(yàn)條件下壓電梁水下俘能的絕緣問題。采用控制變量法,將雙圓柱與單圓柱俘能裝置的俘能性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比,分析雙圓柱相對(duì)于單圓柱水下俘能的優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：雙圓柱系統(tǒng) 壓電振子 水下俘能 渦激振動(dòng)
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM612
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 緒論8-17
• 1.1 引言8
• 1.2 研究目的與意義8-9
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-15
• 1.3.1 渦激振動(dòng)理論及研究現(xiàn)狀9-11
• 1.3.2 基于圓柱渦激振動(dòng)壓電俘能技術(shù)研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3.3 當(dāng)前研究中存在的問題13-15
• 1.4 課題研究?jī)?nèi)容15-17
• 第2章 雙圓柱-壓電梁俘能系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模17-34
• 2.1 引言17
• 2.2 雙圓柱系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程推導(dǎo)17-33
• 2.2.1 剛度矩陣19-22
• 2.2.2 阻尼矩陣22-28
• 2.2.3 質(zhì)量矩陣28-30
• 2.2.4 流體力分析30-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第3章 雙圓柱壓電俘能系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真及分析34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 雙圓柱系統(tǒng)模態(tài)分析34-41
• 3.2.1 圓柱直徑對(duì)雙圓柱系統(tǒng)固有頻率的影響36-39
• 3.2.2 圓柱長(zhǎng)度對(duì)雙圓柱系統(tǒng)固有頻率影響39
• 3.2.3 MFC壓電梁長(zhǎng)度對(duì)系統(tǒng)固有頻率影響39-41
• 3.3 流體中共振實(shí)現(xiàn)41-45
• 3.3.1 流體流速對(duì)雙圓柱系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)影響42-43
• 3.3.2 圓柱直徑對(duì)雙圓柱系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)影響43-45
• 3.4 本章小結(jié)45-46
• 第4章 雙圓柱壓電俘能系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性及俘能效果分析46-54
• 4.1 引言46
• 4.2 最優(yōu)電阻的分析46-49
• 4.3 各流速下俘能效果分析49-53
• 4.3.1 圓柱直徑選擇49-50
• 4.3.2 不同流速下俘能模型設(shè)計(jì)50-53
• 4.4 本章小結(jié)53-54
• 第5章 雙圓柱壓電俘能系統(tǒng)水下俘能實(shí)驗(yàn)研究54-65
• 5.1 引言54
• 5.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建54-57
• 5.2.1 壓電俘能平臺(tái)設(shè)計(jì)54-55
• 5.2.2 雙圓柱俘能裝置設(shè)計(jì)55-57
• 5.2.3 流速的測(cè)量57
• 5.3 單雙圓柱系統(tǒng)俘能特性對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究57-63
• 5.3.1 不同長(zhǎng)度雙圓柱系統(tǒng)俘能性能對(duì)比57-60
• 5.3.2 前后兩段壓電梁的俘能性能對(duì)比60-62
• 5.3.3 單雙圓柱壓電梁俘能性能對(duì)比62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-65
• 結(jié)論65-67
• 參考文獻(xiàn)67-72
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果72-74
• 致謝74

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 褚金奎;杜小振;樸相鎬;;壓電發(fā)電微電源國(guó)外研究進(jìn)展[J];壓電與聲光;2008年01期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 郭宇;深海立管渦激振動(dòng)的大渦模擬與渦振疲勞累積損傷分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2012年

2 劉博;柔性壓電振子水下俘能特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：1096078