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文檔簡介
1、振動源無處不在。壓電振動俘能器是當(dāng)前能量收集的研究熱點(diǎn)之一。雙穩(wěn)態(tài)非線性壓電俘能器雖然克服了線性壓電俘能器存在的問題,但仍存在輸出電流過小,難以高效地為電池等儲能設(shè)備充電的問題。受線性并聯(lián)壓電俘能器設(shè)計(jì)的啟發(fā),本文提出一種并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng),并進(jìn)行了研究。
在建立了并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)的動力學(xué)方程之后,采用數(shù)值計(jì)算的方法,對系統(tǒng)的俘能效果進(jìn)行了研究,得出了一些可使俘能系統(tǒng)獲得較好俘能效果、供設(shè)計(jì)時(shí)參考的研究結(jié)論。
2、 本論文的主要研究工作和結(jié)論如下:
1.建立了并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)及其動力學(xué)模型。該系統(tǒng)的動力學(xué)分析模型可由單個(gè)雙穩(wěn)態(tài)非線性俘能器方程的耦合疊加得到。對系統(tǒng)的動力學(xué)分析模型的數(shù)值仿真結(jié)果表明:當(dāng)并聯(lián)的懸臂梁中的一個(gè)為周期運(yùn)動,其他的梁也一定是周期運(yùn)動;而當(dāng)一個(gè)梁為混沌運(yùn)動,其他的梁要么為混沌運(yùn)動,要么為擬周期運(yùn)動。在特定的系統(tǒng)參數(shù)區(qū)域內(nèi),并聯(lián)俘能系統(tǒng)的平均輸出功率為單個(gè)俘能器平均輸出功率與并聯(lián)數(shù)的乘積,輸出電流也
3、為單個(gè)俘能器輸出電流與并聯(lián)數(shù)的乘積。這就說明并聯(lián)系統(tǒng)具有一定的優(yōu)點(diǎn)。
2.研究發(fā)現(xiàn),并聯(lián)非線性壓電俘能系統(tǒng)也會出現(xiàn)“跳頻現(xiàn)象”。當(dāng)發(fā)生“跳頻現(xiàn)象”的時(shí)候,在一個(gè)極小的頻率范圍內(nèi),懸臂梁振動先從阱間的周期運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橼彘g的擬周期或混沌運(yùn)動中,再從阱間的擬周期或混沌運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橼鍍?nèi)的多周期運(yùn)動,然后就穩(wěn)定在阱內(nèi)作周期運(yùn)動。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),為避免“跳頻現(xiàn)象”,系統(tǒng)的參數(shù)至少應(yīng)使系統(tǒng)處于混沌邊緣的出現(xiàn)混沌的區(qū)域一側(cè),即由Melnikov解確定
4、的混沌區(qū)域。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn),并聯(lián)數(shù)的變化對混沌邊緣的影響不明顯;而等效非線性剛度對混沌邊緣的影響卻比較明顯。
3.雙穩(wěn)態(tài)非線性壓電俘能器中存在明顯的、夾雜在兩個(gè)混沌運(yùn)動區(qū)域之間周期運(yùn)動區(qū)域。該區(qū)域的寬度稱為周期運(yùn)動寬度。將系統(tǒng)在一段無量綱頻率范圍之內(nèi)能夠保持穩(wěn)定的、沒有或只在極少頻率下俘能效果指標(biāo)(P)出現(xiàn)波動的頻率寬度稱為有效工作頻帶寬度。研究表明:系統(tǒng)集總參數(shù)對周期運(yùn)動寬度、有效工作頻帶寬度有明顯的影響,但并聯(lián)數(shù)對周期運(yùn)
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