基于直角壓電懸臂梁的振動(dòng)能量回收系統(tǒng)的研究.pdf

1、本論文就新型直角壓電復(fù)合懸臂梁振動(dòng)能量回收系統(tǒng)進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。
　　 文章首次提出直角壓電復(fù)合懸臂梁結(jié)構(gòu)，提出利用力矩均勻化壓電懸臂梁的應(yīng)變分布的概念，以此提高壓電懸臂梁的能量輸出能力。直角梁系統(tǒng)由兩部分組成，一部分為貼有陶瓷片的傳統(tǒng)懸臂梁，另外一部分是與此懸臂梁成直角的附梁，此系統(tǒng)是目前可實(shí)現(xiàn)壓電懸臂梁應(yīng)變最均勻化的結(jié)構(gòu)之一。此外，文章基于Rayleigh-Ritz原理為直角壓電懸臂梁系統(tǒng)建立動(dòng)力學(xué)模型，并創(chuàng)新

2、性引入力-位移阻抗的方法分析等效慣性力激勵(lì)下系統(tǒng)中力與力矩的分布與傳遞原理，直觀說明直角梁力矩優(yōu)化應(yīng)變分布的作用原理，并為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。通過ANSYS有限研究第一模態(tài)共振情況下系統(tǒng)的應(yīng)力分布情況，直接驗(yàn)證應(yīng)力優(yōu)化的效果并證明力矩優(yōu)化應(yīng)力分布的作用原理。分析顯示，在第一共振狀態(tài)下附梁可提供給主梁一個(gè)極大的力矩，并且使主梁長度方向應(yīng)變的分布極為均勻。
　　 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)三個(gè)附梁剛度不同的直角壓電懸臂梁裝置，裝置中附梁的長度都為

3、主梁長度的一半。當(dāng)附梁的剛度是主梁0.02倍的時(shí)候，貼于主梁表面的陶瓷片表面長度方向應(yīng)變分布極為均勻；此時(shí)，在第一共振頻率處陶瓷片的材料相對利用效率高達(dá)93％，而傳統(tǒng)的壓電懸臂梁第一共振頻率點(diǎn)處陶瓷片的材料相對利用效率是50％。對比實(shí)驗(yàn)研究表明，隨著附梁的剛度降低，貼于主梁表面壓電陶瓷片的相對材料利用率增加。而后，實(shí)驗(yàn)測量研究了直角梁系統(tǒng)的壓電陶瓷片的相對材料利用率掃頻特性，說明壓電直角懸臂梁力矩均勻應(yīng)變的原理特性；此外，實(shí)驗(yàn)測試了等加