面向寬頻激勵的非線性振動能量轉化方法研究.pdf

1、振動能量轉化旨在采集機械振動中蘊含的能量，并將其轉化為便于儲存、利用的其他形式能，如電能。傳統(tǒng)共振式振動能量轉化系統(tǒng)僅能有效采集并轉化其共振頻率附近極窄頻段內的振動能量，然而自然界廣泛存在的機械振動大都具有寬頻、隨機的特點，這使得傳統(tǒng)振動能量轉化方法的局限性大大凸顯。因此，有效采集并轉化寬頻、隨機振動中的機械能，成為了目前振動能量轉化技術發(fā)展的關鍵。
　　本文設計了一種可以產生三種不同非線性磁場力的結構，即“三對稱”永磁體組。將“

2、三對稱”永磁體組與傳統(tǒng)懸臂梁式壓電振動能量轉化系統(tǒng)相結合，形成一款可以產生剛度軟化、剛度硬化、以及剛度偏置三種非線性特性的懸臂梁式壓電換能器。
　　基于達朗貝爾原理提出了一種簡化的非線性動力學建模方法，并利用該方法建立了非線性懸臂梁式壓電換能器的等效動力學模型。進而，推導了其非線性力-電轉化方程，為“分析非線性特性對于振動能量轉化系統(tǒng)的影響”以及“為振動能量轉化系統(tǒng)針對性設計所需要的非線性特性”提供了理論支撐。
　　通過數值

3、仿真，對比分析了三種非線性壓電換能集器與線性壓電換能器在簡諧激勵、線性掃頻激勵、以及寬頻隨機激勵下的電壓輸出特性。結果表明：非線性壓電換能器在簡諧激勵下相比線性壓電換能器無明顯優(yōu)勢；而在線性掃頻激勵和寬頻隨機激勵下，非線性壓電換能器，尤其是剛度軟化類型，在拓寬工作頻帶、提高整體力-電轉化效率方面具有優(yōu)勢。
　　為確保所設計的非線性壓電換能系統(tǒng)的優(yōu)勢能夠最大程度得以體現，圍繞非線性特性產生的源頭，即“三對稱”永磁體結構參數，進行了優(yōu)