本文關(guān)鍵詞：寬帶旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能理論與實驗研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：如何為無線微小傳感節(jié)點持續(xù)供電是目前制約旋轉(zhuǎn)部件嵌入式傳感應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)難點之一,利用壓電效應(yīng)俘獲旋轉(zhuǎn)運動能量是一種極具潛力的解決途徑。而工程應(yīng)用場合中旋轉(zhuǎn)部件轉(zhuǎn)速往往在寬帶范圍內(nèi)動態(tài)變化,不適合于線性壓電俘能,因此如何引入非線性來增強寬帶旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能性能正成為一個研究熱點,具有重要研究意義和應(yīng)用價值。非線性壓電振子在旋轉(zhuǎn)運動狀態(tài)時的受力比直線運動時要復(fù)雜得多,使得如何控制和利用非線性、優(yōu)化設(shè)計非線性壓電振子結(jié)構(gòu)成為實際中需要解決的首要關(guān)鍵問題。但目前尚缺乏從理論上對旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能特性進行深入研究,未能揭示非線性實現(xiàn)寬頻帶旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能的機理。本文正是在國家自然科學(xué)基金項目的資助下,通過引入非線性磁力和混沌動力學(xué)理論,深入開展寬帶旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能理論研究,揭示非線性增強寬帶旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能的機理與量化條件,對實際應(yīng)用具有重要理論指導(dǎo)意義。主要內(nèi)容和結(jié)論包括:1、引入非線性磁力和壓電耦合效應(yīng),采用拉格朗日方程和假設(shè)模態(tài)方法,提出了旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電振子的動力學(xué)建模方法,建立了旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,為開展理論研究奠定了基礎(chǔ)。2、研究并比較了基于有限差分法和龍格庫塔法的兩種模型數(shù)值求解方法,以上述模型為基礎(chǔ),分別在寬頻和單頻轉(zhuǎn)速下數(shù)值仿真分析了非線性壓電振子不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能的影響特性,結(jié)果表明磁鐵間距是一個重要參數(shù),合適的磁鐵間距能有效拓寬旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能系統(tǒng)帶寬,并進行了定性解釋。3、引入Melnikov方法,推導(dǎo)了旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能系統(tǒng)的Melnikov函數(shù),揭示了雙勢阱勢函數(shù)是實現(xiàn)寬頻帶旋轉(zhuǎn)運動能量俘獲的重要機理基礎(chǔ),并提出了相應(yīng)的量化必要條件。4、仿真擬合了非線性磁力大小,建立了旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電振子的有限元模型,仿真分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)對旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能性能的影響,對理論結(jié)果進行了初步驗證。5、設(shè)計并構(gòu)建了旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能實驗臺,對其俘能特性和發(fā)電能力進行了實驗測試,結(jié)果表明:合適的非線性磁力能明顯提升了旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能性能、且拓寬了其帶寬,從而驗證了理論和仿真結(jié)果的正確性;同時,其發(fā)電輸出功率能滿足低功耗傳感器功耗需求,也驗證了應(yīng)用的可行性。
【關(guān)鍵詞】：寬帶旋轉(zhuǎn)運動 振動能量俘獲 非線性壓電俘能 Melnikov函數(shù)
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TH17
【目錄】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 緒論14-27
• 1.1 研究背景及意義14-16
• 1.2 寬頻帶旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能技術(shù)研究現(xiàn)狀16-25
• 1.2.1 懸臂梁壓電振子俘能基本模型16-18
• 1.2.2 振動壓電俘能拓頻技術(shù)研究現(xiàn)狀18-21
• 1.2.3 旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能技術(shù)研究現(xiàn)狀21-25
• 1.3 論文的研究思路及內(nèi)容安排25-27
• 1.3.1 論文的研究思路25-26
• 1.3.2 論文的內(nèi)容安排26-27
• 第二章 旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能系統(tǒng)理論建模與特性分析27-48
• 2.1 旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)27-28
• 2.2 基于拉格朗日方程的非線性旋轉(zhuǎn)壓電振子動力學(xué)分析28-31
• 2.3 旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能機電耦合模型31-33
• 2.4 旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能模型數(shù)值計算方法33-36
• 2.4.1 基于有限差分法的數(shù)值計算方法33-34
• 2.4.2 基于龍格庫塔法的數(shù)值計算方法34-35
• 2.4.3 兩種數(shù)值計算方法比較35-36
• 2.5 不同參數(shù)對旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能性能的影響特性分析36-46
• 2.5.1 勢函數(shù)36-37
• 2.5.2 寬帶旋轉(zhuǎn)運動下不同參數(shù)對壓電俘能特性的影響37-45
• 2.5.3 單頻旋轉(zhuǎn)運動下不同參數(shù)對壓電俘能特性的影響45-46
• 2.6 本章小結(jié)46-48
• 第三章 基于Melnikov方法的非線性增強寬帶旋轉(zhuǎn)運動壓電俘能機理48-59
• 3.1 引言48-50
• 3.1.1 Melnikov方法的起源48-49
• 3.1.2 Melnikov方法中的若干基本概念49-50
• 3.2 基于Melnikov理論的平面系統(tǒng)運動分析50-52
• 3.3 旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述52-55
• 3.4 基于Melnikov函數(shù)的旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能增強機制分析55-58
• 3.5 本章小結(jié)58-59
• 第四章 旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電振子有限元建模與俘能仿真59-70
• 4.1 旋轉(zhuǎn)非線性壓電振子參數(shù)化有限元建模59-65
• 4.1.1 幾何建模59-61
• 4.1.2 材料參數(shù)設(shè)置61
• 4.1.3 施加邊界約束與載荷61-62
• 4.1.4 非線性磁力擬合62-64
• 4.1.5 網(wǎng)格劃分64-65
• 4.2 寬帶旋轉(zhuǎn)運動下非線性壓電俘能特性有限元仿真分析65-68
• 4.2.1 不同磁鐵間距時非線性壓電振子俘能有限元仿真結(jié)果65-67
• 4.2.2 不同懸臂梁長度時非線性壓電振子俘能有限元仿真結(jié)果67-68
• 4.2.3 不同旋轉(zhuǎn)半徑時非線性壓電振子俘能有限元仿真結(jié)果68
• 4.3 單頻旋轉(zhuǎn)運動下非線性壓電俘能特性有限元仿真分析68-69
• 4.4 本章小結(jié)69-70
• 第五章 寬帶旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能實驗研究70-82
• 5.1 實驗系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建70-75
• 5.1.1 旋轉(zhuǎn)實驗臺設(shè)計70-73
• 5.1.2 壓電振子設(shè)計及安裝73
• 5.1.3 磁鐵固定裝置設(shè)計73-74
• 5.1.4 調(diào)速裝置設(shè)計74
• 5.1.5 系統(tǒng)輸出電壓采集設(shè)備74-75
• 5.2 寬帶旋轉(zhuǎn)運動時非線性壓電振子俘能的實驗測試75-77
• 5.2.1 不同磁鐵間距下非線性壓電振子俘能性能實驗測試75-76
• 5.2.2 不同懸臂梁長度下非線性壓電振子俘能性能實驗測試76-77
• 5.3 單頻旋轉(zhuǎn)運動時非線性壓電振子俘能實驗測試77-79
• 5.3.1 不同磁鐵間距下壓電振子俘能實驗測試77-78
• 5.3.2 不同懸臂梁長度下壓電振子俘能實驗測試78-79
• 5.4 發(fā)電能力測試79-81
• 5.4.1 單頻條件下壓電振子俘能實驗測試79-80
• 5.4.2 寬頻條件下壓電振子俘能實驗測試80-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 第六章 總結(jié)與展望82-85
• 6.1 本文工作總結(jié)82-83
• 6.2 未來工作展望83-85
• 致謝85-86
• 參考文獻86-91
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果91

【相似文獻】

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 郭彬;寬帶旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能理論與實驗研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2014年

  本文關(guān)鍵詞：寬帶旋轉(zhuǎn)運動非線性壓電俘能理論與實驗研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：440498