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双稳态压电-电磁复合俘能器非线性动力学分析
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作者 梅杰 倪祥禄 +2 位作者 宋钢 陈定方 李立杰 《武汉科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第1期55-70,共16页
提出一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料的双稳态悬臂梁式压电-电磁复合俘能器结构。考虑到大变形时材料的几何非线性特点,基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理建立系统分布式参数模型,采用Galerkin法与谐波平衡法给出响应解析解;利... 提出一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电材料的双稳态悬臂梁式压电-电磁复合俘能器结构。考虑到大变形时材料的几何非线性特点,基于Euler-Bernoulli梁理论和Hamilton原理建立系统分布式参数模型,采用Galerkin法与谐波平衡法给出响应解析解;利用MATLAB仿真分析激励频率、激励幅值、磁铁间距和负载电阻对系统输出性能的影响,并运用龙格-库塔法分析俘能器的非线性动力学特性;通过电路仿真研究悬臂梁在不同振动状态下的整流滤波特性。结果表明:随着激励幅值的提高,系统阱间运动的频率带宽会逐渐增大;存在一组最优的压电负载和电磁负载,使得系统输出总功率达到最大;负载的改变不会影响阱间运动的频带宽度;随着激励的增强,系统在混沌运动和周期运动间进行状态转换,可以利用标准桥式整流滤波电路进行周期运动时的能量采集,但该电路无法稳定收集混沌运动时的系统输出。 展开更多
关键词 压电-电磁复合俘能器 双稳态 几何非线性 阱间运动 非线性动力学分析
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双稳态屈曲梁压电发电结构非线性动力学分析 被引量:7
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作者 曹东兴 孙培峰 +2 位作者 姚明辉 胡文华 张伟 《动力学与控制学报》 2016年第6期520-525,共6页
建立了磁场力作用下双稳态屈曲梁发电结构非线性动力学方程,利用Galerkin离散和多尺度方法分别分析了一阶离散和二阶离散系统的非线性动力学特性.分析了系统阻尼、外激励幅值和外激励频率对该发电结构振动特性的影响,获得了频率响应曲线... 建立了磁场力作用下双稳态屈曲梁发电结构非线性动力学方程,利用Galerkin离散和多尺度方法分别分析了一阶离散和二阶离散系统的非线性动力学特性.分析了系统阻尼、外激励幅值和外激励频率对该发电结构振动特性的影响,获得了频率响应曲线;分析了系统在1∶2内共振情况下动力学行为,数值结果表明系统存在倍周期运动和混动运动. 展开更多
关键词 双稳态 屈曲梁 压电发电 非线性动力学
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势阱特性对磁力双稳态压电俘能器性能的影响研究 被引量:7
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作者 张宇 王建国 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第4期812-818,994-995,共8页
为研究磁力非线性双稳态压电俘能器的动力特性,利用广义Hamilton变分原理建立了压电俘能系统的动力学方程,运用谐波平衡法获得了谐波激励下位移和电压的解析表达式。采用磁偶极子模型提出了多项式表示的磁力势能,利用数值方法模拟了不... 为研究磁力非线性双稳态压电俘能器的动力特性,利用广义Hamilton变分原理建立了压电俘能系统的动力学方程,运用谐波平衡法获得了谐波激励下位移和电压的解析表达式。采用磁偶极子模型提出了多项式表示的磁力势能,利用数值方法模拟了不同初始条件下俘能系统的位移和电压的时程曲线。研究结果表明:在阱间运动情况下,阱深相同时,随着阱宽增大,俘获的能量增大,有效带宽减小;阱宽相同时,随着阱深增大,俘获的能量减小,有效带宽增大。采用适当的初始条件可诱导俘能系统进入高能轨道的阱间运动,从而提高俘能效率。 展开更多
关键词 非线性动力学 双稳态压电梁 能量俘获 势阱特性
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并联双稳态非线性悬臂压电俘能器的动力学与俘能特性的研究 被引量:3
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作者 凌乙峰 谢进 +1 位作者 张建奇 易仲庆 《科学技术与工程》 北大核心 2017年第5期213-218,共6页
对并联的双稳态非线性悬臂压电俘能器的动力学和俘能特性进行了研究。建立了并联双稳态非线性悬臂压电俘能器的机电耦合方程。利用数值仿真方法,对非并联和并联的双稳态俘能器的混沌边缘及俘能效果进行了分析和比较。研究结果表明:并联... 对并联的双稳态非线性悬臂压电俘能器的动力学和俘能特性进行了研究。建立了并联双稳态非线性悬臂压电俘能器的机电耦合方程。利用数值仿真方法,对非并联和并联的双稳态俘能器的混沌边缘及俘能效果进行了分析和比较。研究结果表明:并联双稳态非线性悬臂压电俘能器可以提高俘能效率;而其工作频带宽度与混沌边缘间的周期运动区域宽度相关。 展开更多
关键词 并联 双稳态非线性俘能器 动力学行为 俘能效果
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基于多尺度法双稳态压电俘能器动力特性分析 被引量:11
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作者 满大伟 王建国 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第1期1-7,249,共8页
基于欧拉-伯努利梁假设,推导了双稳态悬臂式压电俘能系统的分布参数模型,建立了分析该模型的多尺度法并获得了系统的动力响应解析表达式,论证了多尺度法分析双稳态压电俘能器性能的可行性;研究了磁铁间距、外部激励的幅值、阻尼比、力... 基于欧拉-伯努利梁假设,推导了双稳态悬臂式压电俘能系统的分布参数模型,建立了分析该模型的多尺度法并获得了系统的动力响应解析表达式,论证了多尺度法分析双稳态压电俘能器性能的可行性;研究了磁铁间距、外部激励的幅值、阻尼比、力电耦合系数、负载阻抗等参数对俘能系统性能的影响。结果表明:产生阱间运动的激励幅值阈值与激励频率、两磁铁间距有关,低于激励阈值仅有阱内运动产生;输出功率并不是随着力电耦合系数增大而增加,而是存在最优力电耦合系数产生最大的输出功率,力电耦合系数大于最优值后,阱间运动输出功率减小;随着两磁铁间距的增大,阱间运动的频带宽度减小;减小系统的阻尼比可以有效地拓宽系统的阱间运动频带并获得较高的输出功率。通过优化设计、合理地调节各参数,可以提高压电俘能系统的输出功率和拓宽系统的工作频带宽度。 展开更多
关键词 非线性动力学 压电俘能器 多尺度法 双稳态特性 参数研究
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并联磁力耦合式俘能器及其特性研究
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作者 吴明轩 凌元淮 《机械》 2021年第12期27-35,共9页
传统双稳态悬臂梁压电俘能器存在效率低、频带窄的弊端。为了提高俘能频带,本文提出一种并联磁力耦合式压电悬臂梁俘能装置,引入了磁力的耦合及压电片的并联。通过建立集中参数的的数学模型,使用龙格库塔数值仿真法对比分析了简谐激励... 传统双稳态悬臂梁压电俘能器存在效率低、频带窄的弊端。为了提高俘能频带,本文提出一种并联磁力耦合式压电悬臂梁俘能装置,引入了磁力的耦合及压电片的并联。通过建立集中参数的的数学模型,使用龙格库塔数值仿真法对比分析了简谐激励下并联磁力耦合式压电悬臂梁俘能装置与单悬臂梁双稳态俘能器的运动状态及俘能特性。最后搭建实验平台进行实验验证。结果表明,磁力耦合和并联的加入,使得并联耦合式压电俘能器较传统单悬臂梁俘能器分别在7 Hz与15 Hz具有两个谐振频率,增宽了俘能器的俘能频带,以输出功率大于8×10^(-6)W为有效频带,则俘能带宽提高约为19%。 展开更多
关键词 并联磁力耦合式俘能器 压电俘能 磁力耦合 非线性 能量收集 非线性动力学
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Experimental study on broadband bistable energy harvester with L-shaped piezoelectric cantilever beam 被引量:11
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作者 Minghui Yao Pengfei Liu +2 位作者 Li Ma Hongbo Wang Wei Zhang 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第3期557-577,共21页
This paper presents an experimental study of the broadband energy harvesting and dynamic responses of an L-shaped piezoelectric cantilever beam.Experimental results show that the L-shaped piezoelectric beam generates ... This paper presents an experimental study of the broadband energy harvesting and dynamic responses of an L-shaped piezoelectric cantilever beam.Experimental results show that the L-shaped piezoelectric beam generates two optimal voltage peaks when the horizontal beam size is similar to the vertical beam size.Several optimized L-shaped piezoelectric cantilever beam structures are proposed.Power generation using the inverted bistable L-shaped beam is better.It is observed experimentally that the inverted bistable L-shaped beam structure shows obvious bistable characteristics and hard spring characteristics.Furthermore,the corresponding relationship between the bistable phase portrait and the potential energy curve is found in the experiment.This is the first time that a phase portrait for stiffness hardening of an L-shaped beam has been found experimentally.These results can be applied to analysis of new piezoelectric power generation structures. 展开更多
关键词 bistable piezoelectric energy harvester Inverted L-shaped beam Power generation Effective frequency bandwidth nonlinear dynamics
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