基于ANSYS的壓電俘能器的優(yōu)化設(shè)計研究.pdf

1、基于壓電效應(yīng)的壓電俘能器具有能量密度大、結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、易微型化等優(yōu)點,具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目前,壓電俘能器用在能源領(lǐng)域并不多見,但各個國家地區(qū)已經(jīng)相繼展開這方面的研究。
　　 本文以典型的圓環(huán)形壓電俘能器為研究對象,利用ANSYS12.0軟件中的壓電分析模塊分析壓電材料尺寸(內(nèi)徑、外徑、厚度)、排布方式以及外界載荷激勵方式等因素對壓電陶瓷材料發(fā)電能力的影響,進(jìn)一步分析金屬粘結(jié)層對壓電振子發(fā)電能力的影響,并初步獲取相應(yīng)的規(guī)

2、律曲線。根據(jù)規(guī)律曲線,選取合適的具有一定尺寸的壓電材料和金屬粘結(jié)層材料,按照工藝流程制作壓電俘能器裝置,并將其作為智能骨料埋入瀝青混凝土中,在QCX-6型車轍試樣輪碾成型機(jī)(氣動型)的作用下,驗證點亮發(fā)光LED二級管的可行性。主要結(jié)論如下;
　　 (1)在設(shè)計壓電俘能器的壓電振子部分時,提高輸出電壓主要通過增加壓電元件的厚度來權(quán)衡選擇;而為獲得更多可用的輸出電荷,可適當(dāng)增加壓電元件的外徑,減小內(nèi)徑;在壓電元件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許范圍內(nèi)以

3、及實際的工作條件,外部載荷應(yīng)該多采用隨時間變化的載荷。
　　 (2)為了提高效率,增加整個壓電俘能器結(jié)構(gòu)的柔韌性,本文在壓電元件上覆蓋一層金屬粘結(jié)層。這層金屬粘結(jié)層由金屬電極層和金屬面板構(gòu)成。ANSYS仿真模擬結(jié)果表明:金屬粘結(jié)層的引入,壓電振予的發(fā)電能力有略微下降,其材料特性如:楊氏模量E、泊松比μ對壓電振子發(fā)電能力有略微影響。
　　 (3)將壓電俘能器做為骨料埋入瀝青混凝土路面結(jié)構(gòu)層中,并接入LTC3588電路,在成