粘結(jié)層對(duì)懸臂壓電俘能器力電性能影響的研究.pdf

1、壓電俘能器是一種利用壓電材料的機(jī)電耦合效應(yīng)，將環(huán)境中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的智能結(jié)構(gòu)?；诠舱穹芊绞降姆芷魍ǔ２捎脩冶哿菏浇Y(jié)構(gòu)，由粘結(jié)劑將壓電層與彈性層粘結(jié)在一起，懸臂梁端部將產(chǎn)生的較大應(yīng)變，且在高階振動(dòng)的情況，懸臂梁將出現(xiàn)變形拐點(diǎn)，有的部分出現(xiàn)拉伸變形，而有的部分出現(xiàn)壓縮變形，若將壓電片滿布懸臂梁上，則兩部分產(chǎn)生的電荷互相抵消，俘能效率反而降低，所以一般只將壓電片鋪設(shè)在變形較大的根部，而非布滿形式。此外，由于壓電層材料與彈性層材料的幾

2、何參數(shù)與材料參數(shù)的不一致，當(dāng)俘能器受環(huán)境激勵(lì)時(shí)，粘結(jié)劑在傳遞彈性層變形的過程中易出現(xiàn)應(yīng)力的不均勻分布，且在壓電層自由端處易出現(xiàn)較大的應(yīng)力集中，從而影響壓電俘能器的俘能輸出。因此有必要探明粘結(jié)層對(duì)俘能輸出的影響規(guī)律。
　　本文以上述非滿布?jí)弘妼拥膽冶哿悍芷鳛檠芯繉?duì)象，采用雙參數(shù)模型模擬粘結(jié)層，并基于分布參數(shù)模型建立懸臂梁式壓電俘能器的控制方程，當(dāng)激勵(lì)頻率給定后，控制方程轉(zhuǎn)化為以波數(shù)為特征值的特征方程，求解該方程得到12個(gè)特征模態(tài)，

3、將這些模態(tài)線性疊加即可給出該問題的解，其組合系數(shù)由邊界和連接條件確定。此外，通過三維有限元分析，并結(jié)合前人實(shí)驗(yàn)結(jié)果，互相對(duì)比驗(yàn)證，在理論正確性得到驗(yàn)證后，本文還研究了俘能器彈性層、粘結(jié)層和壓電層的材料參數(shù)和幾何參數(shù)對(duì)符能輸出的影響。
　　具體講，本文共分為五章:第一章給出本文的研究背景和意義;第二章對(duì)文獻(xiàn)中粘結(jié)層簡(jiǎn)化的理論模型和俘能器分析模型進(jìn)行了回顧和討論;第三章基于雙參數(shù)模型理論，考慮粘結(jié)層的影響建立壓電俘能器的控制方程，給出

4、俘能輸出解析解，并用理論分析所得的俘能輸出與ANSYS有限元模擬進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，以及與傳統(tǒng)分析結(jié)果進(jìn)行比較;第四章針對(duì)俘能器中粘結(jié)層的厚度、彈性模量，壓電層的鋪設(shè)長(zhǎng)度、厚度及彈性模量，彈性層的厚度及彈性模量等參數(shù)對(duì)俘能輸出的影響進(jìn)行詳細(xì)分析討論，觀察不同參數(shù)情況下的粘結(jié)層界面應(yīng)力狀態(tài)和電壓輸出，總結(jié)出其變化規(guī)律。第五章針對(duì)前文進(jìn)行回顧與總結(jié)，并對(duì)未來可行的研究進(jìn)行了展望。
　　通過本文的理論探討，為壓電俘能器的設(shè)計(jì)與分析提供了更精確