压电振动能量采集器的力电耦合模型及其功率优化
压电振动能量采集器的性能分析与功率优化
压电振动能量采集器的性能分析与功率优化展永政;王光庆【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2014(048)007【摘要】为了预测压电振动能量采集器的输出特性,优化输出功率,以压电双晶片串联型振动能量采集器为研究对象,综合考虑结构与电路耦合因素,利用有限元法和ANSYS软件建立压电振动能量采集器的有限元机电耦合动力学模型和网格实体模型.分析在外力激振条件下负载电阻对压电振动能量采集器的振动特性和电输出特性的影响,得到不同负载电阻下压电能量采集器的振动特性和电输出特性曲线.通过调节负载电阻使之与能量采集器的阻抗匹配,实现了对能量采集器输出功率的优化,得到了优化的负载电阻和输出功率.研究结果表明,采用压电能量采集器能够输出大的开路电压、大的短路电流,优化后的开路和短路谐振时的最大输出功率分别达到57.81和55.12 W.【总页数】6页(P1248-1253)【作者】展永政;王光庆【作者单位】浙江工商大学信息与电子工程学院,浙江杭州310018;浙江工商大学信息与电子工程学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TN712;TN751【相关文献】1.多频响应的压电振动能量采集器的性能分析与测试 [J], 喻其炳;朱荣荣;李川2.压电振动能量采集器的力电耦合模型及其功率优化* [J], 王光庆;金文平;展永政;陆跃明3.屈曲T型振动能量采集器压电性能对比 [J], 陶胜晖;张志浩4.多稳态压电振动能量采集器的非线性动力学特性及其实验研究 [J], 谭江平;王光庆;鞠洋;李颍;赵泽翔5.三稳态压电振动能量采集器的非对称势能阱产生机理及其动力学特性研究 [J], 鞠洋;郑友成;朱强国;李颍;赵泽翔;王光庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
混合式三稳态压电能量俘获器动力性能分析
第32卷第1期2024年2月Vol.32No.1Feb.2024安徽建筑大学学报Journal of Anhui Jianzhu UniversityDOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20240109混合式三稳态压电能量俘获器动力性能分析唐礼平1，2，胡庆南1，韩婷婷1，2（1.安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥230601；2.安徽省BIM工程中心，安徽合肥230601）摘要：为了提高压电能量俘获器在低强度外界激励下的俘能表现，基于三稳态压电悬臂梁能量俘获器模型，在U 形框架和基底之间以及压电悬臂梁固定端与U形框架之间分别装置一个弹性放大器，提出一种混合式三稳态压电能量俘获器（TPEH+DEM）模型。
基于Hamilton原理建立了TPEH+DEM系统的非线性力电耦合运动方程，并利用谐波平衡法分析了弹性放大器的质量和弹簧刚度、磁铁之间相对距离、负载电阻等对TPEH+DEM系统能量收集水平的影响。
结果表明：在一定的外界激励频率范围内，TPEH+DEM系统的响应输出功率存在两个峰值，合理调节弹性放大器的质量和刚度能使系统在较低的外界激励强度下进入阱间运动，产生很高的输出功率。
相比于仅带有弹性基底的传统三稳态压电能量俘获器，TPEH+DEM模型在低频外界激励下具有更好的俘能表现。
关键词：压电能量俘获器；力电耦合；弹性放大器；谐波平衡法；阱间运动中图分类号：O322文献标志码：A文章编号：1672-2337（2024）01-068-07Dynamic Performance Analysis of Hybrid Tri-stable Piezoelectric Energy HarvesterTANG Liping1，2，HU Qingnan1，HAN Tingting1，2（1.College of Civil Engineering，Anhui Jianzhu University，Hefei230601，China；2.BIM Engineering Center of Anhui Province，Hefei230601，China）Abstract：To improve the energy harvesting performance of the piezoelectric energy harvester under low external excitation level,based on the multi-stable piezoelectric cantilever energy harvester model,two elastic amplifiers were respectively installed,one was installed between the U-shaped frame and the substrate,and the other was installed between the U-shaped frame and the fixed end of the cantilever beam.Hence,a hybrid tri-stable piezoelectric energy harvester(TPEH+DEM)model was proposed.The nonlinear electro-mechanical coupling equation of the TPEH+DEM system was established by using Hamilton principle.The influences of the mass ratio and spring stiffness ratio of the two elastic amplifiers,the relative distance between the magnets,and the load resistance on the energy harvesting level of the TPEH+DEM system were analyzed.And it turned out that within a certain range of external excitation frequency, the response output power of the TPEH+DEM system had two peak value.Reasonable adjustment of the mass ratio and spring stiffness ratio of the two elastic amplifier can make the system enter inter-well motion under low external excitation intensity,and produce high output pared with the traditional multi-stable piezoelectric energy harvester with only an elastic substrate,the TPEH+DEM model has better energy harvesting performance under low frequency external excitation level.Keywords：piezoelectric energy harvester；electro-mechanical coupling；elastic amplifier；harmonic balance method；inter-well motion压电能量收集器能够利用压电效应使环境中的机械能转化成电能，进而为微电子设备供电。
磁悬浮式双自由度轨道车辆轴箱振动能量采集器研究
磁悬浮式双自由度轨道车辆轴箱振动能量采集器研究作者：李哲辉袁天辰杨俭宋瑞刚来源：《振动工程学报》2022年第02期摘要：提出了一種适合采集轨道车辆轴箱振动能量的磁悬浮式双自由度振动能量采集器。
基于单自由度磁悬浮振动能量采集器的基本原理，设计磁悬浮式双自由度振动能量采集器的基本构型。
利用磁偶极子模型，推导了圆柱磁铁的磁力方程，建立了磁悬浮式双自由度能量采集系统的动力学方程。
考虑到系统具有的强非线性特点，利用龙格‑库塔方法，得到了系统的幅频响应曲线。
根据轨道车辆轴箱实测时间历程和频率分布特点，设计了磁悬浮式双自由度振动能量采集器的核心参数。
对比分析单自由度振动能量采集器和双自由度振动能量采集器的频率响应特性。
研究结果表明：非线性双自由度振动能量采集器可以有效拓宽俘能装置的工作带宽，进而提高能量采集功率。
在简谐振动激励下，双自由度振动能量采集器比单自由度振动能量采集器的输出功率增加了约1.1倍，且工作带宽可以拓宽约2.7倍;在实测的轨道车辆轴箱振动激励下，双自由度振动能量采集器在一站间可采集到31.5 mJ能量，峰值感应电流为14.6 mA，峰值输出功率为9.4 mW。
关键词：能量采集器;磁悬浮式;双自由度;轴箱;龙格‑库塔法中图分类号： TN752;U270.1+1;TM919 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2022）02-0397-10DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2022.02.015引言轨道车辆轴箱上有诸多传感器件（如速度传感器、温度传感器等），随着微型传感器技术的日趋成熟，传感器产品正在不断地趋向于模块化和微型化。
传统电池具有尺寸大、需定时更换或充电、对使用环境要求高且污染环境等缺点，已经难以满足长寿命无线传感网络节点等对电源的要求[1]。
所以新型电源的探索迫在眉睫，研究一种可持续、高效率和高可靠性的环境能量采集方法是实现传感器自供能的核心关键问题。
基于压电悬臂梁的振动能量获取装置的建模及数值仿真
基于压电悬臂梁的振动能量获取装置的建模及数值仿真周璇;王海;李晗;王战;夏小品【摘要】振动能是自然环境中广泛存在的一种能量，振动式发电机可将其提取并转换为可直接利用的电能。
设计了一种用于收集环境中低频振动能的三质量块压电悬臂梁装置，利用压电薄膜的正压电效应将机械能转化成电能。
建立悬臂梁的数学模型，用ANSYS软件建立悬臂梁的仿真模型，然后对其进行模态分析，耦合分析，谐响应分析并绘制出压电振子的频率-电压曲线图。
研究结果表明该悬臂梁产生的电压可以满足无线传感器节点的使用要求，且优于单质量块悬臂梁。
% Vibration generator can extract and convert vibration energy that exists in the natural environment into electric power. A design proposal of a piezoelectric cantilever beam with three mass blocks makes use of direct piezoelectric effect to extract low-frequency vibration energy. This paper is aimed at establishing the mathematical model of the cantilever beam, using ANSYS software to establish the simulation model of the beam, and then using the modal analysis, coupling analysis, harmonic response analysis and it maps out the curve of frequency-voltage. The results shows that Piezoelectric Cantilever Beam with three mass blocks is superior to only one mass block,and the voltage generated from the cantilever beam can satisfy wireless sensor nodes.【期刊名称】《巢湖学院学报》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】5页(P98-102)【关键词】振动能;压电悬臂梁;三质量块;ANSYS【作者】周璇;王海;李晗;王战;夏小品【作者单位】安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖 241000;安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖 241000;安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖 241000;安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖 241000;安徽工程大学机械与汽车工程学院，安徽芜湖 241000【正文语种】中文【中图分类】TK-91 引言现今人们对环境问题格外重视，无线传感器网络的研究正受到越来越多的关注，研究内容分布也非常广泛，涵盖了从理论到实现、从节能到安全等多个方面。
《振动工程学报》第32卷总目次
《振动工程学报》第32卷总目次面向力学性能的并联隔振平台结构参数优化设计..............程明，陈照波，方宇娟，等（I 悬索桥吊索尾流致振的气弹模型测振试验....................李寿英，黄君，邓羊晨，等（I 型钢混凝土异形柱框架地震模拟振动台试验及数值模拟.......刘祖强，杨筱，薛建阳，等（I 强震区隧道软岩洞口段刚柔并济抗减震措施模型试验研究.....崔光耀，王李斌，王明年，等（I 人群荷载下楼盖结构随机振动分析方法与试验研究............周晨，张志强，张晓峰，等（I 非平稳风速的HHS时频状态表征..............................陶天友，王浩，姚程渊（I 一种基于识别概率直方图的随机减量改进技术............................陈太聪，沈文杰（I 古建筑木结构监测数据异常诊断................................杨娜，代丹阳，秦术杰（I 框架结构水平向动力频散特性研究..........................程志宝，林文凯，石志飞，等（I 磁铁夹持式压电俘能器输出性能分析与试验..................阚君武，文欢，王淑云，等（I 新型双稳态压电振动俘能系统的理论建模与实验研究.........张旭辉，赖正鹏，吴中华，等（I 改进的平行六面体凸模型识别动力学不确定参数区间的方法................王攀，臧朝平（I 重载轮胎面内欧拉梁模型及耦合振动特性研究................刘志浩，高钦和，于传强，等（I 电磁轨道发射装置导轨动力学响应分析..........................吴金国，林庆华，栗保明（I 考虑齿顶修形和时变中心距的渐开线直齿轮振动特性研究.....王成，刘辉，张晨，等（I 一类浅垂度倾斜双梁系统动力特性研究......................韩飞，淡丹辉，赵磊，等（I 不同截面杆件轴力识别的理论与试验验证........................李东升，李坤朋，魏达（I 基于有限积分法的输流直管轴向流固耦合有限积分法数值模拟........................................................张挺，郭晓梅，谭志新，等（I 城市轻轨低地板列车通过道岔区脱轨安全性评价研究.........周橙，池茂儒，梁树林，等（I 考虑驱动系统的高速列车动力学分析........................祁亚运，戴焕云，高浩，等（I 宽频带内的单全息面分离声场研究.......................................田湘林，楼京俊（I 大变形硅胶板动力学建模与仿真分析.....................................徐齐平，刘锦阳（" Biot本构模型黏弹夹芯梁振动特性分析及其实验研究.........黄志诚，吴南星，王兴国，等（"不确定性动力学系统上随机载荷识别改进算法................孙燕伟，吴邵庆，李彦斌，等（"结合部虚拟材料参数的逆向优化识别方法....................崔方圆，华灯鑫，李言，等（"结构概率损伤识别的改进近似贝叶斯计算........................方圣恩，陈杉，董照亮（"基于主成分分析的温度敏感性结构损伤识别..................常鹏，王英剑，吴云峰，等（"一种考虑截面完整变形特征的空间三维梁有限元模型.........朱晓东，何欢，宋大鹏，等（"多稳态压电振动能量采集器的动力学模型及其特性分析.......王光庆，崔素娟，武海强，等（"螺旋桨轴向激励潜艇的轴、艇耦合特性与机理....................纪刚，周其斗，谭路（"两相流作用下旋转三角形排列管束流弹失稳振动特性实验研究1) 10) 17) 29) 37) 49) 56) 64) 72 80) 87) 97 107 120 128 140) 151160 168 176 184 191 199 206 215 224 234 241 252 264)谭添才，高李霞，李朋洲，等（"-272）真实流场中换热管流体诱导振动特性研究施卿海，苏文献，王宏光（"278)一种海上浮式风电基础频域动力响应分析新技术罗金平，喻旭明，陈杰峰，等（"288)考虑径向波动效应的黏弹性支承桩纵向振动阻抗研究孟坤，崔春义，许成顺，等（"296)悬吊双摆动力特性分析及其在结构减振控制中的应用何浩祥，许洪刚，许维炳（"305) LRB支座疲劳温度力学试验及隔震结构地震响应影响分析何文福，周莉蓓，许浩，等（"314)层间组合隔震结构随机动力可靠度分析刘彦辉，刘小换，谭平，等（"324)不同间距串列双方柱流致振动运动特性分析丁林，叶倩云，王海博，等（"331)附属设施对近流线形桥梁三分力的雷诺数效应影响研究白桦，马腾飞，杨鹏瑞，等（"340)高速列车可变阻尼抗蛇行减振器适应性研究金天贺，刘志明，任尊松，等（H350）基于振动信号的高压断路器合闸特性参数在线检测方法研究万书亭，豆龙江，李聪，等（"359）基于EMD和SSAE的滚动轴承故障诊断方法王奉涛，邓刚，王洪涛，等（"368)惯性质量对斜拉索阻尼器减振增效作用试验研究汪志昊，郜辉，许艳伟，等（皿377)基于能量法的颗粒阻尼器减振机理研究及参数分析王宝顺，闫维明，何浩祥，等（皿386)含变质量构件的轴向运动梁的横向振动主动控制马驰骋，张希农，代祥俊，等（皿396)多级组合支护结构对非均质高边坡抗震性能影响分析王德华，吴祚菊，张建经，等（皿404)声子晶体板复能带计算方法陈圣兵，张浩，宋玉宝（#415)声子晶体负泊松比蜂窝基座的减振机理研究秦浩星，杨德庆（#421) T形截面振子的驰振特性试验研究燕翔，练继建，刘昉，等（#431)动态子结构高效集成的主动力和界面力处理方法邹明松，吴有生，孙建刚，等（#439)一种改进的基于Jacobi椭圆函数的随机平均法徐文俊，郑丽文，马品奎（#444)混凝土重力坝的耐震时程损伤指标分析方法徐强，徐舒桐，陈健云，等（#452)应用小波时频脊提取和自适应滤波进行时变系统参数识别张杰，史治宇（#462)桥梁结构真实模态的智能化识别陈永高，钟振宇（#471)基于裂纹附加模态的梁裂纹损伤识别方法杨骁，王天宇（#480)一种航空发动机整机振动模型支承刚度的辨识方法屈美娇，陈果（皿490)垂荡作用下船用转子-轴承系统的动力学特性研究韩永超，李明（皿501)交角不对中转子-轴承系统非线性动力学行为研究李自刚，李明，江俊（皿509)螺栓连接鼓筒转子结构动力学特性分析孟春晓，张文胜，马辉，等（#517)波动负载对齿轮系统振动特性及边频调制影响研究袁运博，刘震，何涛，等（皿526)中国标准动车组齿轮箱箱体动态特性分析研究王文静，闫瑞国，李广全，等（皿534)改进奇异谱分解及其在轴承故障诊断中的应用胥永刚，张志新，马朝永，等（皿540)分层自适应小波阈值轴承故障信号降噪方法王普，李天篧，高学金，等（皿548)超低频柔性负载伺服控制系统的半物理试验方法赵真，马超，王碧，等（$557)利用耦合系统自由振动响应识别结构被控模态和TMD参数温青，华旭刚，王修勇，等（$565)多项式混沌展开和最大熵原理的结构动力特性不确定性量化万华平，邰永敢，钟剑，等（$574)轧机主传动系统在双源扰动作用下的动力学特性研究吴继民，张义方，朱小龙，等（$581)声-固耦合系统高频局部能量响应的FEM-SmEdA分析王攀，陈强，李彦斌，等（$590)一种逆结构滤波法的轨道车辆轮轨力识别王明猛，朱涛，王小瑞，等（$602)含不同桨尖的无轴承旋翼直升机气动机械稳定性张俊豪！夏品奇（IV609)水-椭圆柱体相互作用分析的精确和简化模型王丕光！黄义铭！赵密！等（V619)一类弹性碰撞振动系统周期倍化分岔预测及其神经网络控制张惠！卫晓娟，丁旺才（V626)叶轮转子碰摩响应的分岔与稳定性张华彪！李欣业！梁艳书，等（V635)基于智能可穿戴设备的HumBA Shaker结构动力测试方法陈隽，韩紫平，Jnmes Brownjohn（JV644)测量模态不确定的梁式结构随机有限元模型修正陈辉！张衡！李烨君！等（V653)遗传智能采样技术的贝叶斯理论识别滑动轴承-转子系统不平衡量…毛文贵！李建华！刘桂萍（V660)油膜内外环部分接触的同心型挤压油膜阻尼器减振特性试验研究祝长生，毛川（V668)双环永磁体型高静低动刚度隔振器设计、建模与试验研究李爽！楼京俊！杨庆超！等（V675)地震模拟振动台试件与台面相互作用的力反馈补偿控制李芳芳，纪金豹！李小军！等（V685)北京地铁采用调频式钢轨减振器治理钢轨波磨的试验研究刘卫丰，张厚贵，陈嘉梁！等（V695)二维均质弹性地基Duxseal材料主动隔振研究田抒平，高盟，王滢，等（V701)参数随机Lamb波频散特性的非嵌入式多项式混沌方法于保华，胡小平，杨世锡（V712)不均衡最大软间隔SKDD轴承故障检测模型陶新民，李晨曦，李青!等（V718) MOMED和双谱熵在液压泵退化特征提取中的应用田再克！李洪儒！王卫国!等(V730)复合材料梁弹性参数连续分布场识别吴邵庆，范刚，李彦斌!等(V739)用于超低频振动能收集的压电弹簧摆结构设计与实现吴义鹏，周圣鹏，裘进浩!等(V750)高效耗能阻尼器性能试验及理论研究郭彦，杨巧荣，何文福!等(V757)预紧式准零刚度隔冲器的隔冲性能研究张春辉，曾泽璀，张磊!等(V767)介电弹性体球壳瞬态振动的最优参数控制杨颖！金肖玲！王永!等(V778)非线性能量阱在悬臂薄板振动抑制中的应用研究刘艮，张伟（V-786)平面无限板类声子晶体结构带隙计算方法研究钱登辉！史治宇（V793)六自由度发动机悬置系统分析与优化设计张慧杰！郝慧荣！郭志平（V801)基于B样条插值法的柔性矩形薄板的动力学分析王勇！章定国！范纪华！等（V811)大跨越导线在局部激励下微风振动的格林函数解陈晓娟！王孟！王璋奇！等（V822)大跨度桥梁主梁节段模型非平稳抖振时域模拟与分析陶天友，王浩（V830)横向固定谐振荷载下曲线轨道参数对钢轨位移响应的影响研究刘卫丰，杜林林，刘维宁（V-837)近断层脉冲型地震动作用下高层建筑组合隔震的减震性能研究潘钦锋！颜桂云！吴应雄！等（V845)深度学习对抗网络生成单人跳跃荷载熊杰程，陈隽（V856)分数阶van der Pol振子的超谐与亚谐联合共振姜源，申永军，温少芳（V863)高速铁路地震预警阈值随机振动分析李昊!张鸿儒，于仲洋（V874)不同土层条件下斜直交替群桩-土-结构地震响应特性研究.....孔德森,白翼飞，陈永坡,等（V-886）动载频率对土工格栅加筋土挡墙动力特性的影响..............王家全,徐良杰,李洋溢,等（V-898）气体动压径向轴承超薄气膜润滑动特性分析..................吴篧,杨利花,徐腾飞,等（V-908）集成多策略改进FCM算法的旋转机械故障数据聚类分析研究.....邓林峰，张爱华，赵荣珍（V-918）融合声场法向变化的双面声像故障诊断方法研究..............侯俊剑,马军,房占鹏,等（V-927）振子质量非均布的有限结构梁减振频带优化..................吴旭东，张茗海，左曙光，等（&-935）多带隙局域共振单元抑振设计与实验验证........................马建刚，盛美萍，韩玉迎（&-943）刚度可调结构在直升机减振上的应用研究....................林长亮，夏双满，张体磊，等（&-950）含负泊松比超材料构件的潜艇振动与声辐射性能分析......................夏利福，杨德庆（&-956）P-SV波入射时海水-层状海床体系的自由场分析..................柯小飞，陈少林,张洪翔（&-966）设置黏滞阻尼器的斜拉索参数振动模型及控制分析.................汪峰，彭章，刘章军（&-977）机器扰力作用下某厂房楼板竖向振动与TMD减振研究.......汪志昊，陈银，胡明祎，等（&-986）采用误差补偿输入整形技术的振动控制......................李琳,胡锡钦,邹焱飚,等（&-996）铁路自复位高墩的高阶模态贡献研究杜骞，夏修身，陈兴冲，等（&-1003）混凝土箱梁相似模型面板声学贡献对比分析欧开宽，雷晓燕，罗锟,等（&-1011）远场类谐和地震动下的高层结构地震响应与损伤机理分析曾建仙，许立英，颜桂云，等（&-1019）地震作用下岩体边坡锚固界面剪应力分布及其影响因素分析言志信，龙哲，张森，等（&-1029）考虑边界稳定的结构振动显式多时间步长计算方法马志强，楼云锋，金先龙（&-1041）复合材料板簧非线性迟滞建模和参数识别史文库，刘鹤龙，刘巧斌，等（&-1050）连接界面迟滞非线性特征的动力学分析王东，范宣华（&-1060）周期激励下van der Pol-Rayleigh系统的簇发振动及其机理唐建花,李向红,申永军（&-1067）GLT-CNN方法及其在航空发动机中介轴承故障诊断中的应用…王奉涛，薛宇航，王洪涛，等（&-1077）集成TEO解调和随机共振的行星齿轮箱早期故障诊断方法张俊，钟敏，张建群，等（&-1084）AE声谱图特征的转子碰摩故障识别方法研究…深度稀疏最小二乘支持向量机故障诊断方法研究彭威，李晶，刘卫东，等（&-1094）张瑞，李可，宿磊，等（&-1104）多分辨奇异值分解在滚动轴承振动信号解调分析中的应用罗洁思，张绍辉，李叶妮（&-1114）JOURNAL OF VIBRATION ENGINEERINGLIST OF CONTENTS,VOL.32Mechanical-perfomance-oriented optimization design of vibration isolation platform based on parallel mechanism...........................................................................CHENG Ming,CHEN Zhao-bo,FANG Yu-juan,et-1) On the wake-induced vibration of hangers of suspension bridges by elastic wind tunnel tests.LI Shou-ying,HUANG Jun,DENG Yang-chen,et al(\-10)Shaking table test and numerical simulation for steel reinforced concrete frame with special-shapedcolumns....................................................................................LIUZu-qiang,YANG Xiao,XUE Jian-yang,et al(.!-17) Model test study of rigid-flexible combined anti-seismic measures of soft rock tunnel portal part inmeizoseismal area.........................................................CUI Guang-yao,WANG Li-bin,WANG Ming-nian,et al(.!-29) Analysis and experimental research of floor structure random vibration under crowd load....................................................................................ZHOU Chen,ZHANG Zhi-qiang,ZHANG Xiao-feng,et aK.!-37) HHS-based time-frequency characterization of non-statioanry wind velocities...............................................................................................................TAO Tian-you,WANG Hao,YAO Cheng-yuan"I-49) An improved random decremen11echnique based on iden ifica ion probabili1y his1ogram..........................................................................................................................................CHEN Tai-cong,SHEN Wen-jie"I-56) Monitoring data diagnosis of ancient wood structure..............................YANG Na,DAI Dan-yang,QIN Shu-jie"I-64) DynamicdiFperFionpropertieFofframeFtructureFinhorizontaldirection......................................................................................................CHENG Zhi-bao,LIN Wen-kai,SHI Zhi-fei,et al(.I-72) PerformanceanalyFiFandteFtofapiezoelectricenergyharveFterbaFedon magnetFholding......................................................................................................KAN J un-iu,WEN Huan,WANG Shu-yun,et al(.I-80) TheoreticalmodelingandexperimentalFtudyofanewbiFtablepiezoelectricvibrationenergyharvesting system.........................................................ZHANG Xu-hui,LAI Zheng-peng,WU Zhong-hua,et al(.I-87) MethodofidentifyingdynamicuncertainparameterintervalFwithimprovedparalelepipedconvexmodel.................................................................................................................................WANG Kan,ZANG Chao-ping"I-97) In-plane Euler beam tire model and coupling vibration analysis of heavy loaded radial tire...........................................................................................................LIU Zhi-hao,GAO Qin-he,YU Chuan-qiang,et al(.I-107) Dynamicresponseanalysisofconductingrailsinelectromagneticraillauncher........................................................................................................................WU J in-guo,LIN Qing-hua,LI Bao-ming(I-120) Vibrationcharacteristicanalysisofspurgearswithtipreliefandtime-varyingcenterdistance..................................................................................................................WANG Cheng,LIU Hui,ZHANG Chen,et al(.I-128) Dynamiccharacteristicresearchonthedouble-beamsystem withshalowsagandinclination....................................................................................................................HAN Fei,DAN Dan-hui,ZHAO Lei,et al(.I-140) Theoryandexperimentalverificationofaxialforceidentificationforbarmemberswithdiferentcross sections..................................................................................................LI Dong-sheng,LI Kun-peng,WEI Da(I-151) NumericalFimulationonFSIcharacteriFticFoffluid-conveyingFtraightpipebyfiniteintegrationmethod.........................................................................................ZHANG Ting,GUO Xiao-mei,TAN Zhi-xin,et al(I-160) AninveFtigationintothederailmentFafetyevaluationoftheurbanlightrailtrainpaFFingthroughthe turnout area...............................................................................ZHOU Cheng,CHI Mao-ru,LIANG Shu-Un,et al(I-168) Dynamicanalysisofhigh-speedtrain withconsideringdrivesystem....................................................................................................................QI Ya-yun,DAI Huan-yun,GAO Hao,et al(.I-176) ThesoundfieldofsingleholographicsurfaceseparationinbroadbandTIAN Xiang-Un,LOU Jing-jun(I-184)Dynamic modeling and simulation analysis of silicone plates with large deformation........................................................................................................................................................XU Qi-ping$LIU J in-yang(II_191) KibrationcharacteriFticanalyFiFandexperimentalFtudyofBiotconFtitutivemodelviFcoelaFticFandwich beams......................................................................HUANG Zhi-cheng$WU Nan-xing$WANG Xing-g uo$et al(.][.199) An improved algorithm forFtochaFtic load identification for randomFyFtem...........................................................................................................SUN Yan-wei$WU Shao-qing$LI Yan-bin$et al(."-206) Inverse optimization and identification method for virtual material parameters of joints...............................................................................................................CUI Fang-yuan$HUA Deng-xin$LI Yan$et aK."-215) ImprovedapproximateBayesiancomputationforprobabilisticdamageidentificationofstructures......................................................................................................FANG Sheng-en$CHEN Shan$DONGZhao-iang("-224) Damageidentificationoftemperature-sensitivestructurebasedonprincipalcomponentanalysis.....................................................................................................CHANG Peng$WANG Ying-jian$WU Yun-feng$et al(."-234) Finiteelementmodelofthethreedimensionalbeamforaccuratelydescribingarbitrarydeformationof the beam's cross-section................................................ZHU Xiao-dong$HE Huan$SONG Da-peng$et al(."-241) Dynamicalmodelandcharacteristicsofa multi-stablepiezoelectricvibrationenergyharvester.............................................................................................WANG Guang-qing$CUI Su-juan$WU Hai-qiang$et aK."-252) Coupling characteristic and mechanism of the submarine thrust and hull system excited by thepropeller t h rus t force.............................................................................................JI Gang$ZHOU Qi-dou$TANLu("-264) Experimen t al s t u dy on fluidelastic ins t a bil i t y of ro t a t e d triangular t u be bundles subjec t e d t ot w o-phase cross flow-cr i t i c al velocity..................................TAN Tian-cai$GAO Li-xia$LI Peng-zhou$et al(."-272) Charac erisicoffluidinducedvibra ionof ubebundlewi hrealisicflowfield......................................................................................................SHI Qing-hai$SU Wen-xian$WANG Hong-guang("-278) A t e chnique of floating wind t u rbine dynamic response estimation in frequency domain......................................................................................................LUO Jin-ping$YU Xu-ming$CHEN Jie-feng$et aK."-288) Kericaldynamicimpedanceoffloaingpileconsidering1heradialwaveefec1...........................................................................................................MENG Kun$CUI Chun-yi$XU Cheng-shun$et al(."-296) Dynamic charac1eris ics of suspended double pendulum and i1s applica ion in s1ruc1ural vibra1ion con1rol ...............................................................................................................HE Hao-xiang$XU Hong-gang$XU Wei-bing("-305) Static test and structural seismic response analysis for LRB fatigue effect........................................................................................................................HE Wen-fu$ZHOULi-bei$XU Hao$et al(."-314) DynamicreliabilityUorinter-storyhybridisolationstructure...........................................................................................................LIU Yan-hui$LIU Xiao-huan$TAN Ping$et al(."-324) Analysison low-induced motioncharacteristicoUtwosquarecylindersintandem withdiUerentgap space.................................................................................................DING Lin$YE Qian-yun$WANG Hai-bo$et al(."-331) ImpactoUancilaryUacilitiesonReynoldsnumbereUectoUaerostaticcoe icientsUorapproximatestreamlined bridge...........................................................................BAI Hua$MA Teng-fei$YANG Peng-rui$t a Z("-340) Adaptabilityresearchofvariabledampingofanti-yawdamperinhighspeedtrain......................................................................................................J IN Tian-he$LIU Zhi-ming$REN Zun-song$ta Z("-350) Studyonon-linedetectionofhighvoltagecircuitbreakerclosingcharacteristicparametersbasedonvibration signal...........................................................................WAN Shutting$DOU Long-j iang$LI Cong$et al(."-359) ArolingbearingfaultdiagnoFiFmethodbaFedonEMDandSSAE.............................................................................................WANG Feng-tao$DENG Gang$WANG Hong-tao$et al(."-368) ExperimentalFtudyontheimprovingefectofinertialmaFFonvibrationcontrolofFtaycableFwithdamperF WANG Zhi-hao$GAO Hui$XUYan-wei$et al(.#-377)Parameteranalysisandresearchonthevibrationdamping mechanism of particle damper based onenergy theory..................................................................WANG Bao~shun$YAN Wei-ming$HE Hao-xiang$et alC.#-386# Transversevibraioncon1rolofanaxialy moving beam sys1em wih1imevarying mass.............................................................................................MA Chi-cheng$ZHANG Xi-nong$DAI Xiang-jun$et al(.#~396) Analysisofaniseismicefec1ofaniso1ropichighslopesreinforcedby muli-framere1ainings1ruc1ure ..................................................................................................WANG De-hua$WU Zuo-ju$ZHANG Jian-jing$et aK.#-404) Calculaion me1hodofcomplexbands1ruc1ureofphononicpla1es...........................................................................................................CHEN Sheng-bing$ZHANG Hao$SONG Yu-bao(#-415) Vibra1ionreducion mechanismforphononiccrys1alcelularmoun1wi1hauxe1icefec1...............................................................................................................................................QIN Hao-xing$YANG De-qing(#-421) ExperimentalinvestigationonthegalopingcharacteristicsoftheT-sectionprism....................................................................................................................YAN Xiang$LIAN J i-jian$LIU Fang$et al(#-431) A method to deal with external and interface forces for eficient integration of dynamic substructureanalysis...............................................................................ZOU Ming-song$WU You-sheng$SUN Jian-gang$et al(#-439) Animprovedstochasticaveraging methodbasedonJacobianelipticfunction........................................................................................................................XU Wen-jun$ZHENG Li-ien$MA Pin-kui(#-444) Analysis methodofendurancetimedamagefactorsforconcretegravitydam...........................................................................................................XU Qiang$XU Shu-tong$CHEN Jian-yun$et al(.#-452) Parameteridentificationoftime-varyingstructuresbyusing waveletridgeextractionandadaptivefiltering..........................................................................................................................................ZHANG Jie$SHI Zhi-yu(#-462) InteligentidentiicationoUtherealmodeUorbridgestructures......................................................................................................................................CHEN Yong-gao$ZHONG Zhen-yu(#-471) IdentiicationoUcrackdamageUorEuler-Bernoulibeam basedoncrack-inducedadditionalmode...................................................................................................................................................YANG Xao$WANG Tian-yuC#-480) AsupportstiUnessidentiication methodUorwholeaero-enginevibration model............................................................................................................................................................QU Mei-jiao$CHEN Guo(#-490) Dynamic characteristics oUmarine rotor-bearing system under heaving motion........................................................................................................................................................HAN Yong-chao$LI Ming(#-501) NonlineardynamicsoUrotor-bearingsystemswithaUaultoUangularmisalignment......................................................................................................................................LI Zi-gang$LI Ming$JIANG Jun(#-509) AnalysisoUdynamiccharacteristicsoUabolteddrumrotorstructure.............................................................................................MENG Chun-xiao$ZHANG Wen-sheng$MA Hui$et al(.#~517) Inluenceondynamicresponseand modulationsidebandsoUgeartransmissionunderUluctuatingexternal torque.............................................................................................YUAN Yun-bo$LIU Zhen$HE Tao$et al(#-526) Dynamic characteristics of Chinese standard EMU gearbox housing.................................................................................................WANG Wen-jing$YAN Rui-guo$LI Guang-quan$et aK.#-534) ImprovedFingularFpectrum decompoFition and itFapplicationFin rol ing bearing fault diagnoFiF.............................................................................................XU Yong-gang$ZHANG Zhi-xin$MA Chao-yong$et al(.#-540) BearingfaultFignaldenoiFing methodofhierarchicaladaptivewaveletthreFholdfunction....................................................................................................................WANG Pu$LI Tian-yao$GAO Xue-jin$et al(.#-548) Semi-phyFicalteFtmethodofultra-lowfrequencyflexibleloadFervocontrolFyFtem.............................................................................................................................ZHAO Zhen$MA Chao$WANG Bi$et al(.$-557) ParameteridentificationofcontroledFtructuralmodeandTMDbaFedonthefreevibrationteFtFof thecoupledFyFtem WEN Qing$HUA Xu-gang$WANG Xiu-yong$et al(.$-565)Uncertainty quantification for structural dynamic characteristics using polynomial chaos expansionand maximum entropy principle..................................WAN Hua-ping,TAI Yong-gan$ZHONG Jian$et al(.V-574) ReFearchondynamiccharacteriFticFofmaindriveFyFteminroling milunderdoubleFourcedisturbance...........................................................................WU Ji-min$ZHANG Yi-fang$ZHU Xiao-long$et aK V-581) The high-frequency local energy response for structural-acoustic coupling system by using FEM-SmEdA..................................................................................................WANG Pan$CHEN Qiang$LI Yan-bin$et aK V-590) Aninversestructuralfiltermethodforwheel-railcontactforcesidentificationofrailwayvehicles.................................................................................................WANG Ming-meng$ZHU Tao$WANG Xiao-rui$et al(.V-602) Aeromechanicalstabilityofbearinglessrotorhelicopterwithdiferentbladetipshapes...................................................................................................................................................ZHANG Jun-hao$XIA Pin-qi(IV-609) Anaccurateandsimpleadded mass modelforfluid-elipticalcylinderinteractionanalysis..................................................................................................WANG Pi-guang$HUANG Yi-ming$ZHAO Mi$et al(.V-619) ThedoublingbifurcationpredictionandRBFneuralnetworkcontrolofasoft-impactvibrationsystem..........................................................................................................ZHANG Hui$WEI Xiao-juan$DING Wang-cai(IV-626) Bifurcationandstabilityontherubbingresponseofbladerotorsystem.................................................................................................ZHANG Hua-biao$LI Xin-ye$LIANG Yan-shu$et aK V-635) Humanshakermodaltestingtechnologyviawearableinertialmeasurementunits......................................................................................................CHEN Jun$HAN Zi-Jmg$BROWN J OHN JamesC V-644) Stochastic finite element model updating of beam structure based on uncertain measurementmodes....................................................................................................................CHEN Hui$ZHANG Heng$LI Ye-jun$et al(.V-653) Bayesiantheoryusinggeneticinteligentsamplingtechniquetoidentifytheunbalanceparametersofa sliding bearing-rotor system..................................................................MAO Wen-gui$LI Jian-hua$LIU Gui-pingC V-660) An experimental inveFtigation on vibration iFolation behavior of a centralizedFqueeze film damper with partial contact between the oil-film rings.............................................................ZHU Chang-sheng$MAO Chuan(V-668) DesignandexpeEimentofavibEationisolatoEusingdouble-EingpeEmanentmagnetsspEingswithnegative stiffness......................................................................LI Shuang$LOU J ing-j un$YANG Qing-chao$et al(V-675) ForcefeedbackcompenFationcontrolofFhakingtableFyFtem withinteractionbetweenFhakingtable and specimen........................................................................................LI Fang-fang$JI J in-bao$LI Xiao-jun$et al(V-685) AteFtoftreatingrailcorrugationbytunedraildamperforBeijing metro...........................................................................................LIU Wei-feng$ZHANG Hou-gui$CHENJ ia-liang$et al(.V-695) TwodimenFionalanalyFiFofDuxFealmaterialaFactivevibrationiFolationinhomogeneouFelaFticfoundation....................................................................................TIAN Shu-ping$GAO Meng$WANG Ying$et al(.V-701) Non-intrusive polynomial chaos method for dispersion characteristics of Lamb wave consideringrandom parameter influence..................................................................YU Bao-hua$HU Xiao-ping$YANG Shi-xi(IV-712) Rolngbear/ngsfaultdetect/on modelus/ng/mbalanced max/mumsoftmarg/nsupportvectordomain description....................................................................................TAO Xin-min$LI Chen-xi$LI Qing$et al(.V-718) Appl cat on of MOMED and b/spectral analys/s to degradat on feature extract on for hydraul c pumps ...........................................................................................................TIAN Zai-ke$LI Hong-ru$WANG Wei-guo$et al(.V-730) Cont/nuousd/str/but/onfeld/dentfcatonofelastcparametersonacompos/tebeam....................................................................................................................WU Shao-qing$FAN Gang$LI Yan-bin$et al(.V-739) Des/gn and/mplementat on of a p/ezoelectr/c spr/ng pendulum structure appl ed/n ultra-low frequency vibration energy harvesting................................................WU Yi-peng$ZHOU Sheng-peng$QIU Jin-hao$et al(.V-750) Experimentalandtheoreticalstudyofahighdampingviscousdamper...............................................................................................................GUO Yan$YANG Qiao-rong$HE Wen-fu$et al(.V-757)ReFearchontheFhockiFolationperformanceofpreloadquaFi-zero-FtifneFFiFolator..................................................................................................ZHANG Chun-hui$ZENG Ze-cui$ZHANG Lei$et al(.V-767) OptimalparametriccontrolfortranFientvibrationofdielectricelaFtomerFphericalFhel...........................................................................................................YANG Ying$J IN Xiao-Ung$WANG Yong$et al(.V-778) VibrationFuppreFFionofcantileverthinplateFuFingnonlinearenergyFink.................................................................................................................................................................LIU Gen$ZHANGWei"-786) Using PWE/FE method to calculate band structures of plane-infinite plate-like phononic crystals...................................................................................................................................................QIAN Deng-hui$SHI Zhi-yu(V-793) Analysis and optimization design of six degrees of freedom engine mount system...........................................................................................................ZHANG Hui-jie$HAO Hui-rong$GUO Zhi-ping(V-801) B-splineinterpolation methodforthedynami;analysisofflexiblere;tangularplates..................................................................................................WANG Yong$ZHANG Ding-g u o$FAN Ji-h u a$et al(.V-811) Green's function solution for aeolian vibration of long-span conductors under local excitation.............................................................................................CHEN Xiao-j uan$WANG Meng$WANG Zhang-qi$et al(.V-822) Time-domainsimuJationandanaJysisofnonstationarybufetingresponsesofgirdersection modeJof a long-span bridge...........................................................................................................TAO Tian-you$WANG Hao(V-830) Study on influence of parameters on displacement of curved track subjected to lateral non-movingharmonic load.............................................................................................LIU Wei-feng$DU Lin-Un$LIU Wei-ning(V-837) Seismic absorption performance of composite isolation for high-rise buildings subjected to near-fault pulse ground motions.........................................................PAN Qin-feng$YAN Gui-yun$WU Ying-xiong$et al(-845) Deep learning based generative adversarial networks for generating individual jumping load...............................................................................................................................................XIONG Jie-cheng$CHEN Jun(V-856) Super-harmonicandsub-harmonicsimutaneousresonanceoffractiona-ordervanderPoJosciJator...........................................................................................................JIANG Yuan$SHEN Yong-jun$WEN Shao-fang(V-863) StochasticvibrationanaJysisofearthquakeearJywarningthreshoJdforhighspeedraiway....................................................................................................................LI Hao$ZHANG Hong-ru$YU Zhong-yang(V-874) Studyonseismicresponsecharacteristicsofobiquepiegroup-soi-structurewithdiferentsoiconditions....................................................................................KONG De-sen$BAI Yi-fei$CHEN Yong-po$et al(V-886) InfJuenceofdynamicJoadingfrequencyondynamiccharacteristicsofgeogridreinforcedsoiretaining walls.............................................................................................WANG Jia-quan$XU Liang-jie$LI Yang-yi$et al(V-898) AnaJysisondynamiccharacteristicsoftheuJtra-thingasfimJubricationincyindricaJgasjournaJbearing......................................................................................................WU Yao$YANG Li-hua$XU Teng-fei$et al(V-908) CJusteringanaJysisofrotating machinefauJtdatabasedonimprovedfuzzyC-meansaJgorithm withintegrated multi-strategy....................................................DENG Lin-feng$ZHANGAi-hua$ZHAO Rong-zhen(V-918) AcousticfauJtdiagnosistechnoJogybasedonduaJaudio-visuaJimages..........................................................................................................HOU Jun-jian$MA Jun$FANG Zhan-peng$et al(V-927) Optimizationofdampingfrequencybandinfinitestructurebeam withuneven massdistributionofoscillator...........................................................................WU Xu-dong$ZHANG Ming-hai$ZUO Shu-guang$et al(.&-935) StructuredesignandexperimentaJverificationofmuti-bandgapJocaJyresonantunit..........................................................................................................MA Jian-gang$SHENG Mei-ping$HAN Yu-ying(&-943) AdjustabJestifnessstructureappicationinheicoptervibrationreduction........................................................................................LIN Chang-Hang$XIA Shuang-man$ZHANG Ti-lei$et al(.&-950) VibrationandunderwatersoundradiationperformanceanaJysisofsubmarinewithauxeticmetamateriaJribs XIA Li-fu$YANG De-qmg(&-956)。
压电-电磁复合振动俘能器的耦合负载特性及俘能性能
压电-电磁复合振动俘能器的耦合负载特性及俘能性能作者：张振振娄军强贾振任枭荣王涛魏燕定来源：《振动工程学报》2020年第03期摘要：基于環境振动的俘能装置作为自供能微电源可以有效避免对外部电源的依赖。
提出了一种新型的两端固支式低频压电-电磁复合振动俘能装置。
理论推导了复合俘能系统的耦合动力学模型及俘能性能方程。
利用搭建的实验平台分别研究了单一压电式、单一电磁式以及复合俘能装置不同激励加速度、频率以及两个支路不同外接负载下的耦合负载特性及俘能性能。
实验结果表明：在基础振动加速度0.5g，压电、电磁支路外接最佳匹配阻抗50kfl和30n的条件下，压电俘能支路，电磁俘能支路以及复合俘能装置最大谐振俘能输出功率分别为1.05，7.18及8.23mW。
与单一形式的俘能装置相比，提出的复合俘能器提高了俘能效率，并具有一定的宽频俘能特性。
关键词：复合俘能装置;压电式俘能;电磁式俘能;振动俘能;负载特性中图分类号：TN712+。
5文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）03-0459-08DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2020.03.003引言常规的化学电池由于具有寿命短、需频繁定期更换且易造成环境污染等问题，已经不适应高速发展的信息革新技术。
而能够将环境激励转化为可利用电能，并减小对外部电源依赖的自供能方式吸引了国内外众多学者的广泛关注，并成为当前的研究热点。
热能、风能、太阳能及振动能等是常见的能量形式。
对应的俘能方式有热力发电、风机发电及太阳能电池等。
振动俘能装置由于具有结构简单、实现方便、效率高且成本低的优点引起了众多研究者的兴趣。
目前静电、压电和电磁是振动俘能装置最常用的三种机电转换机制。
基于压电材料的振动俘能器（Piezoelectric Vibration Energy Harvester，PVEH）具有高能量密度、环保性好及易与微机电系统集成等优势而被广泛研究。
基于组合非线性的多稳态宽带能量采集不同势阱结构的设计与比较
基于组合非线性的多稳态宽带能量采集不同势阱结构的设计与比较雷张文;王辰;蒋小林;王晨曦;刘宇豪;王素梅【期刊名称】《铁道技术标准(中英文)》【年(卷),期】2023(5)2【摘要】为提高低频和宽带下能量采集器的功率密度,提出一种新型多稳态宽带能量采集装置。
该采集器通过悬臂梁-止档接触与磁弹性相结合的非线性方法得到多种稳态类型。
采集器的全局振幅受到接触的限制,但阱间运动提高了采集效率。
本文确定多稳态的形成机制和不同磁体结构的相关参数区域;建立采集器的机电耦合模型来描述其动态特性;为探讨势阱结构对多稳态能量采集的影响,建立具有4种典型势阱结构的能量采集器,并通过实验验证其等效非线性恢复力;采用数值方法研究和实验验证了这4种结构在不同激励水平下的动态特性。
结果表明,当外部激励超过临界强度时,深度不均匀的多势阱和较浅的外势阱比均匀深度的多势阱更适合所提出的系统。
此外,通过提高采集器效率和限制末端质量的全局振幅,本文提出的多稳态系统实现了比传统系统高6.3倍的功率密度。
【总页数】14页(P7-20)【作者】雷张文;王辰;蒋小林;王晨曦;刘宇豪;王素梅【作者单位】株洲国创轨道科技有限公司新型能源系统铁路行业工程研究中心;燕山大学、河北省重型装备与大型结构力学可靠性重点实验室;香港理工大学、国家轨道交通电气化与自动化工程技术研究中心(香港分中心)+852【正文语种】中文【中图分类】TM910.1【相关文献】1.多稳态压电振动能量采集器的非线性动力学特性及其实验研究2.基于双环永磁体结构的多稳态能量采集器建模及性能分析3.基于稳态非线性模型和线性ARX模型组合的非线性预测控制4.基于非线性能量阱的桥梁振动能量采集装置的适用性研究5.含弹性碰撞作用的双级双稳态结构振动能量采集研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
压接型IGBT器件内部电—热—力多物理场耦合模型研究
压接型IGBT器件内部电—热—力多物理场耦合模型研究一、本文概述Overview of this article随着电力电子技术的迅速发展，绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为一种关键的功率半导体器件，在电动汽车、风力发电、电网储能等领域得到了广泛应用。
然而，在高压、大电流的工作环境下，IGBT器件的内部结构常常面临着电、热、力等多物理场的复杂耦合作用，这些因素共同影响着器件的性能和可靠性。
因此，深入研究IGBT器件内部的多物理场耦合机制，对于提升器件性能、优化器件设计、延长使用寿命具有重要的理论和实际应用价值。
With the rapid development of power electronics technology, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) have been widely used as a key power semiconductor device in fields such as electric vehicles, wind power generation, and grid energy storage. However, in high voltage and high current working environments, the internal structure of IGBT devices often faces complex coupling effects of multiple physical fields suchas electricity, heat, and force, which together affect the performance and reliability of the devices. Therefore,in-depth research on the multi physical field coupling mechanism inside IGBT devices has important theoretical and practical application value for improving device performance, optimizing device design, and extending service life.本文旨在构建压接型IGBT器件内部电—热—力多物理场耦合模型，通过数值计算和仿真分析，揭示器件在工作过程中各物理场之间的相互作用和影响规律。
基于正逆压电效应的高能效振动半主动控制方法
基于正逆压电效应的高能效振动半主动控制方法作者：虞丽塬吴义鹏刘轩裘进浩季宏丽来源：《振动工程学报》2023年第04期摘要基于同步開关阻尼（Synchronous Switch Damping，SSD）技术的压电振动半主动控制方法主要利用控制电路中的同步开关和等效LC振荡电路，实现压电电压的同步翻转，使得压电驱动力始终和结构振动速度同相位，用较低的能耗高效地抑制结构振动。
然而常见的压电驱动元件如压电叠堆、压电纤维复合材料等，其允许工作电压变化范围是不对称的，采用对称翻转的SSD技术难以充分利用压电元件的机电转化性能。
提出了一种基于双向压电效应的SSD技术，通过对压电电压上翻时注能、下翻时吸能的操作，最大化控制系统能效，并充分匹配压电元件的机电转化潜能。
介绍了所提SSD方法的工作原理，推导了非对称翻转条件下结构的振动衰减模型，实现了非对称翻转SSD控制电路，并通过实验进行了验证。
研究结果表明，所提SSD方法可以通过控制注能开关占空比及吸能电路等效负载自适应地调节压电电压的上、下翻转因子，最终实现高能效的结构振动衰减效果。
关键词振动控制; 振动能量收集; 同步开关阻尼; 压电; 反激变压器引言振动作为工业生产和日常生活中常见的物理现象，对其进行抑制［1］或利用［2］的研究价值不言而喻。
以结构振动控制为例，一类基于电磁和压电驱动器的分流阻尼技术得到了广泛的研究［3］。
前者利用永磁体和电磁铁之间的相对运动产生感应电动势；后者利用正压电效应产生感应电压，然后通过相应的分流电路耗散电能，最终达到抑制结构振幅的目的。
例如，Behrens等［4］使用一种并联了RC串联谐振分流电路的电磁换能器抑制结构在固有频率下的振动。
Cheng等［5］采用一种多模态电磁分流阻尼器实现柔性梁结构的半主动振动抑制。
文献［6⁃8］设计了负电阻和负电感负电阻电磁分流阻尼器，增加了系统的感应电流和阻尼，提高了结构振动的控制效果。
另外，负电感可以抵消电磁铁的固有电感，当分流电感和电磁铁的电感相等时，由线圈和分流电感组成的电路阻抗将是一个纯电阻，分流电流将与频率无关，获得了多模态振动控制的能力。
压电俘能器涡激振动俘能的建模与实验研究
压电俘能器涡激振动俘能的建模与实验研究宋汝君;单小彪;李晋哲;谢涛【摘要】针对微机电系统和传感器等低能耗电子产品的持续供能问题,提出了一种涡激振动式压电俘能器.该俘能器由压电悬臂梁和末端圆柱体组成,结构简单,可在较低水流流速下产生涡激共振,得到较大的能量输出.通过数学建模和实验测试的方法,研究了水流速度和外接电阻对压电俘能器振动和俘能的影响规律.实验结果表明:压电俘能器的振动频率随流速的增大而增大,振动幅值在涡激共振时最大,输出功率受流速和外接电阻两者影响,较小外接电阻适合较高流速,较大电阻适合较低流速,压电俘能器在涡激共振处可获得最大的能量输出,当外接电阻为0.5 MQ、流速为0.41 m/s时,实验测试得到了8.3 μW的最大输出功率.数值分析结果与实验测试结果吻合较好,验证了数学模型的正确性.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2016(050)002【总页数】7页(P55-60,79)【关键词】水流;涡激振动;压电俘能器;俘能【作者】宋汝君;单小彪;李晋哲;谢涛【作者单位】哈尔滨工业大学机电工程学院,150001,哈尔滨;哈尔滨工业大学机电工程学院,150001,哈尔滨;东北林业大学机电工程学院,150040,哈尔滨;哈尔滨工业大学机电工程学院,150001,哈尔滨【正文语种】中文【中图分类】TN384;TP211随着集成电路、MEMS和微传感器等低能耗电子产品的发展,电池供能的方式存在质量大、体积大、存储有限、需要定期更换等诸多弊端,因此亟需一种可持续的能源供给方式。
同时,环境振动能分布广泛,有水动能、风动能、潮汐能、机械振动能等,其中水动能是一种清洁的可再生能源。
压电俘能器是一种结构简单、环境友好、使用寿命长久和无电磁干扰的振动能转换装置,可转换水动能为电能,能够满足低能耗电子产品的供能需求[1]。
既往的研究中,压电俘能器的研究重点集中在俘能器本身结构和俘能性能上,忽略了压电俘能器与环境振动的相互耦合影响[2-3]。
尾流振子涡激振动能量收集系统设计
!第"#卷第$期郑州大学学报!理学版"%&’("#)&($ !*#+,年-月./0123451&67389/!):;/<=8/>?/"<2@/*#+,尾流振子涡激振动能量收集系统设计李言钦!!关雪丰!!王军雷!郑州大学化工与能源学院!河南郑州C"###+"摘要!对尾流振子模型进行了数值模拟分析#运用格子D&’;5F:33方法对流场进行求解#得到最适合能量收集的尾流振子两柱间距和流体雷诺数/采用压电悬臂梁结构#结合流机电耦合方程对不同雷诺数!"###%!$%+"###"下涡激振动的能量收集特性进行分析/结果表明#当A###%!$%+*###时为涡激振动的锁振范围#当!$为,###时振幅最大/改变两柱间距#对尾流振子模型的能量收集特性进行分析#可得所设计系统的理想间距为#(++F#产生电压为$,%/当两柱间距为理想间距时#尾迹旋涡形态图中平行于W轴的方向只有一个独立涡#此时振幅最大/关键词!尾流振子$涡激振动$锁振$柱体间距中图分类号!U$"A文献标志码!M文章编号!+EA+B E,C+!*#+,"#$B#+++B#"&’(!+#(+$A#"Q R/8I I3/+EA+B E,C+(*#+A$+E)*引言钝体绕流是流体力学中的复杂问题/流体绕流钝体时#在尾流两侧会产生交替旋涡#即卡门涡街/卡门涡街中的旋涡脱落作用会对钝体产生周期性)脉动性作用力#如果钝体本身具有弹性或者弹性安装#当流体力作用在钝体上时#钝体会发生周期性的振动#称为流致振动/通常认为流致振动是一种只有害现象#因为当旋涡脱落的频率接近钝体的固有频率时#会使钝体振动大幅增强#钝体结构容易产生破坏/然而随着微能源技术的飞速发展#研究发现涡激振动可作为一种能量转换过程#具有实现能量收集的可能性/目前#人们发现的实现振动机械能到电能的转化方式主要有静电式’+()电磁式’*(和压电式’$(/而流致振动进行微能量收集方法属于利用压电材料的正压电效应实现了振动机械能到电能的转化/为了对涡激振动能量进行高效的收集#国内外相继发展了尾流振子模型)二阶弹簧B振子模型)统计模型以及多项伽辽金求解模型’C(等数学模型/尾流振子模型’"(由于具有较为明确)合理的物理意义以及较高的计算精度#因此得到了广泛的采用/文献’E(最早提出了尾流振子模型及其完整的数学表达式/文献’A(研究了尾流振子模型的动力特性#发现位移和速度耦合预测升力相位关系不够准确#位移耦合无法对锁定区升力的大小进行有效的判断/文献’,(针对张紧梁提出了用双耦合尾流振子模型来模拟*个方向上的脉动作用力/文献’-(提出了对弹性的圆柱体适用的<[&@B\X8W W83模型#且计算出-阶振型的数学表达式/自从微能量收集问题进入学者的视线以来#尾流振子模型大都只停留在对圆柱体涡激振动的研究上#而忽略了尾流振子本身对涡激振动的增强作用/本文采用压电悬臂梁结构#结合流机电三物理场耦合方程对尾流振子涡激振动的能量收集特性进行分析#采用数值方法研究了不同雷诺数!"###%!$%+"###"下尾流振子模型的工况/详细分析了尾迹振子的升力系数)振幅率及收集到的电压随时间的变化规律#探讨了各种因素对于尾流振子能量收集系统的影响#并将相同雷诺数下不同尾流振子两柱间距工况进行对比#以选择出最合适的间距/+*物理模型直接对物体流致振动进行研究很抽象#可以将尾迹振子的运动形象地用质量弹簧阻尼系统来模拟#这样收稿日期!*#+AB+#B+,基金项目!国家自然科学基金项目!"+EAE+A"#"+E#E+A+"/作者简介!李言钦!+-AC%"#男#河南平顶山人#副教授#主要从事声学与振动)多相流和燃烧理论研究$通信作者&王军雷!+-,,%"#男#河南信阳人#副教授#主要从事能量采集研究#>B F:8’&R’]:34G556/2?6/=3/Copyright©博看网 . All Rights Reserved.郑州大学学报!理学版"第"#卷!!表+!尾流振子工况参数9:;0+!U @2X :;834@:X :F 2;2X I &W ]:[2&I =8’’:;&XE Q !F *I V +"!$E (#(""###$(E,"C+$+$"#(E E ###C(C**C-"AE*#(A A ###"(+"-"A,$,-#(,,###"(,-E EE+#+E #(--###E(E$$AC$EC$+(#+####A($A#,*E *A#+(+++###,(+#A -#,,-A +(*+*###,(,CC --+"*C +($+$###-(",*#AC +"++(C +C ###+#($+-+"E A,+("+"###++(#"E *$-C#尾迹振子在涡激振动的脉动力作用效果等同于在弹簧弹性力的作用效果/考虑到圆柱体流致振动沿流动方向的振幅远小于横向振幅#为了求解方便#忽略了流动方向振动/本文采用光滑圆柱面#尾流振子物理模型如图+所示/取柱体直径C _#(#+F #柱体质量为#(#-$C [4#尾流振子间距为V #弹簧弹性系数S _EA,)Q F #系统阻尼D _#(+#A )*I Q F /将尾流振子模型置于流场中#假设为无边界流场#设计的尾流振子能量收集系统如图*所示/假设尾流振子处于+(*Fl +(#Fl #(C F 且温度恒定为*#v 的水流场中#工况参数如表+所示#其中E (为折减速度/流速取#(,FQ I #圆柱直径为C#长I 为+F #尾流振子间距为++C #尾流振子材料选择密度为++-#[4Q F $的铝合金材料/图+!尾流振子物理模型"./0+!f:[2&I =8’’:;&X @1a I 8=:’F &?2’图-!尾流振子能量收集系统"./0-!f:[2&I =8’’:;&X 232X 4a 1:X 92I ;834I a I ;2F!!单自由度G ‘D ‘S 系统的运动控制方程可以由二阶弹簧B 振子方程表示为G 3y /D 3y/S 3’L 3#!+"式中&G 为系统的总质量$D 为系统阻尼$S 为弹性系数$3为尾部柱体的位移$L 3表示垂直于来流方向的单位体积的流场力/将系统阻尼和临界阻尼的比值设为系统的阻尼系数2#定义式为2’D D 1’D*槡G S5!*"!!设系统频率为0##定义式为0#’S槡G5!$"!!折减速度E (可以表示为E (’E)#C#式中&)#表示尾流振子模型的固有频率#)#’+*"S 槡G ’+*"EA,槡#(#-$C’+$d 5#其中G ’"%/:,#"表示圆柱体的体积$:,表示附加质量出现在湍流模型中#本文不予考虑/柱体涡激振动力等效为压电悬臂梁模型中质量块的重力#设尾迹振子的位移为3#结合G ‘D ‘S 方程和压电悬臂梁机构电路图#可以得到尾流振子涡激振动能量收集的机电耦合控制方程组为G 3y /D 3y/S 37!0’L 3#!C "!3*/D <"/"!’##!""式中&参数!为机电耦合系数$D <为等效电容/*++ Copyright©博看网 . All Rights Reserved.!第$期李言钦#等$尾流振子涡激振动能量收集系统设计引入涡激振动系统的振动形式方程为3’3F :^I 83!0#,/("5!E "!!方程式!C "‘!E "中#G )D )S )!)D <)!均为常数$将$个方程联立后封闭#可求出"!,"5根据功率关系式&’"*(:1K !可得到功率表达式/-*数值方法格子D&’;5F :33方法是本文的一个核心计算方法#它是从分子动理论学说出发#基于微观粒子运动#在介观层次对粒子建立了离散速度模型)时间和空间离散模型/再根据质量)动量和能量守恒分别建立密度)速度)内能的方程#求出粒子分布函数#然后用统计学的方法得到宏观的压力)流速等参数/建立离散速度模型#只考虑单组分气体#然后设速度分布函数为)#)的值与空间位置矢量9!;#3#@")分子速度矢量"!8;#83#8@"及时间,有关/粒子分布函数#即为,时刻9处单位体积内的分子数#也称数密度/速度分布函数)的改变#可能是由分子的运动或分子的碰撞引起的/由钢球碰撞理论可得C )C ,/"*C )C 9/.*C )C "’@@!)U +)U *7)+)*"F *C:=&I !?6?"5!A "!!从D &’;5F :33方法到D &’;5F :33B D \S 方程#就是用一个简单的算子6d 来替代碰撞项#从而达到简化D &’;5F :33方程的目的/6d 代替了D&’;5F :33方程右侧的碰撞项#得出了D \S 近似&6)’:’)2H!9#"#,"7)!9#"#,"(5!,"图3!O *g -模型"./03!O *g -F&?2’!!D \S 近似使得D &’;5F :33方程线性化#大大简化了方程的求解/引入碰撞时间3##它是粒子平均每两次碰撞的时间间隔#也称弛豫时间#可以表示为3#’+K :5简化后的D&’;5F :33B D \S 方程可以表示为C )C ,/"*C )C 9/.*C )C "’7)7)2H3#5!-"!!从D &’;5F :33B D \S 方程到格子D &’;5F :33方程是速度离散)时间离散)空间离散的过程/本文采用O *g -模型#如图$所示/由格子D &’;5F :33方法得平衡态分布函数为)2H-!;"’%-%!;"’+/$-*H +*1/!$-*H "**+C17H **+*1(#!+#"式中&%-为权系数/3*结果与讨论采用基于格子D&’;5F :33方法的i L ’&]软件对尾流振子流致振动进行数值模拟#该方法应用范围广)效率高#无须网格#边界条件易于处理#模拟精度较高/内部求解器适合完整的流固耦合分析#计算域如图C 所示/对于有外接电阻!的情况#采用iL ’&]软件和U @23T &?2’8=:进行流机电耦合计算#由i L ’&]软件得到尾迹振子的升力随时间变化的数据#再将数据输入到U @23T &?2’8=:中#通过对方程!C ")!""的求解可得到尾流振子的振幅随时间的变化值和涡激振动产生的电压随时间的变化值/能量收集计算中#系统机电耦合系数!_#(###*#**%Q )#等效电容D <_E+($3L #引入无量纲参数E (使计算更具有普遍性#通过改变来流速度!即流体雷诺数!$"和两柱间距来讨论随之改变的涡激振动参数及其产生的电压值#以确定最适合能量收集的流体参数和两柱间距/3,+*不同雷诺数下尾流振子流致振动振幅随速度的变化如图"所示/尾流振子在速度为#("‘#(A FQ I #即!$为"###‘A ###的条件下#流致$++ Copyright©博看网 . All Rights Reserved.郑州大学学报!理学版"第"#卷振动的振幅和电压的振荡幅值都比较稳定#即为涡激振动的初始分支/而当!$为A ###‘+*###时振幅显著提升#电压振荡幅值变化较大#即达到涡激振动的锁振范围#用折减速度E (表示的范围为"(+E ‘,(,C/其中!$为,###时达到峰值#因此尾流振子的能量收集最好能保持在雷诺数为,###时/在!$大于+$###后#振幅随雷诺数的变化逐渐趋于稳定#但电压的振荡幅值更明显/此外#随着雷诺数的增大#尾迹振子的振动频率从"d 5逐渐增大到+"d 5#而系统的固有频率为+$d 5#可知当尾流振子的振动频率接近系统的固有频率时#系统进入锁振区域/图7!计算域!单位$F""./07!K &F @6;:;8&3:’?&F :83!638;$F"图8!振幅随速度的变化"./08!P 12=1:342I &W :F @’8;6?2]8;192’&=8;a图<!!$为,###时尾流振子尾迹旋涡形态"./0<!%&X ;2^I 1:@283]:[2&W !$_,###]:[2&I =8’’:;&X3,-*不同两柱间距下尾流振子流致振动当!$为,###时#改变两柱间距#对尾流振子的流致振动特性进行分析#某时刻尾流振子尾迹旋涡形态如图E 所示#不同间距与振幅的关系如图A 所示/可以看出#尾流振子尾迹旋涡形态影响着间距与振幅的关系#当两列尾迹旋涡错开时#尾迹振子的振幅偏大$而当两列尾迹旋涡在W 轴方向相交时#*个涡的升力相互抵消#时间发展至此刻时#其振幅偏小/间距为#(++F 时电压随时间的变化见图,/如图A )图,所示#在间距为#(#$)#(#E )#(++F 时其振幅达到峰值#间距大于#(#,F 时振幅幅值较为稳定#且间距为#(++F 时可以得到幅值稳定为$,%的电压#因此理想间距为#(++F /由图E 可知#尾流振子在涡激振动能量收集过程中#平行于W 轴方向不被相反升力抵消的力只有一个#此时振幅最大#最适合能量收集/图V !不同间距与振幅的关系"./0V !P 12X 2’:;8&3&W ?8W W 2X 23;I @:=834:3?:F @’8;6?2图W !间距为#(++F 时电压随时间的变化"./0W !%&’;:4292X I 6I ;8F 2:;#(++F I @:=8347*结论选择压电悬臂梁结构构成尾流振子模型#为得到更多的压电电压#应使尾流振子模型在锁振区域内进行能量收集#当!$为A ###‘+*###时#对应折减速度的范围为"(+E ‘,(,C/尾流振子涡激振动能量收集的最C++ Copyright©博看网 . All Rights Reserved."++!第$期李言钦#等$尾流振子涡激振动能量收集系统设计佳两柱间距为#(++F#可以得到$,%的稳定电压#在电阻不变的情况下#其得到的功率也为最大值/参考文献!’+(!<d>7\.#e M)\<T#c>>P/O292’&@F23;&W:’&]W X2H623=a2’2=;X&I;:;8==&F ZB?X892232X4a1:X92I;2X=&F@:;8Z’2;&<&K?2B I843Za K T U<@X&=2I I’.(/<23I&X I:3?:=;6:;&X I M&@1a I8=:’#*#++#+EA!+"&A#V AE/’*(!>c%N))\#>c%N)M M/M32^@2X8F23;:’’a9:’8?:;2?2’2=;X&F:432;8=232X4a1:X92I;2X’.(/.&6X3:’&W I&63?:3?98ZX:;8&3# *#++#$$#!+#"&*$+C V*$*C/’$(!K U U S B K d>))M7c PSM#P d M T D N)#<M<P Y eM T/J&]2X834T>T<@&X;:Z’2?298=2I&:X2982]&W3&3B X24232X:;892:3?X2B 4232X:;892@&]2X I6@@’a I a I;2F I]8;1I@2=8:’2F@1:I8I&3@825&2’2=;X8=232X4a1:X92I;834I a I;2F I’.(/<F:X;F:;2X8:’I:3?I;X6=B ;6X2I#*##,#+A!C"&+*C#V+*CE/’C(!J Y N e M</M?9:3=2I83232X4a1:X92I;8346I834’&]@X&W8’2@825&2’2=;X8=;X:3I?6=2X I’.(/.&6X3:’&W2’2=;X&=2X:F8=I#*##A# +-!+"&+EA V+,C/’"(!d M Y P c>)YP#K7Y Y N>N\/c8W;B&I=8’’:;&X F&?2’&W9&X;2^B83?6=2?98ZX:;8&3’.(/.&6X3:’&W;122348322X834F2=1:38=I?898B I8&3#+-A##-E!""&"AA V"-+/’E(!D N<d U JY>O#d M<<M)Me/P12’8W;:3??X:4W&X=2I&3:=8X=6’:X=a’83?2X&I=8’’:;83483:W’&]834W’68?’.(/J X&=22?834I&W ;12X&a:’I&=82;a&W c&3?&3#+-EC#*AA!*"&"+V A"/’A(!L M K K d N)>P P N T c#c M)\Y>>O#D N U c c>eL/K&6@’834&W I;X6=;6X2:3?]:[2&I=8’’:;&X I839&X;2^B83?6=2?98ZX:;8&3I’.(/ .&6X3:’&W W’68?I:3?I;X6=;6X2I#*##C#+-!*"&+*$V+C#/’,(!\>L#c U)\i#fM)\c#2;:’/L’&]B83?6=2?98ZX:;8&3I&W’&34=8X=6’:X=a’83?2X I F&?2’2?Za=&6@’2?3&3’832:X&I=8’’:;&X I’.(/ <=823=283K183:#*##-#"*!A"&+#,E V+#-$/’-(!<S U JYM#\Y N L L N)UT/U3:;12&X a W&X;129&X;2^B2^=8;2?&I=8’’:;8&3I&W W’2^8Z’2=a’83?X8=:’I;X6=;6X2I’.(/.&6X3:’&W I&63?:3?98ZX:;8&3#+-A"#C+!$"&*E$V*AC/&5@./=AG R A>45O1.=E?B5ER.;>:4.A=Q=5>/M S:>P5@4.=/2M@45H G A>[:K5’@B.F F:4A>c N e:3H83#\7M)i62W234#fM)\.63’28!P+Q..*.)D Q$:-+J*A#R-#$$(-#R J#F A#$(R3#?Q$#R@Q.H E#-0$(1-,3#?Q$#R@Q.H C"###+#D Q-#J"#;@4>:B4&P12]:[2&I=8’’:;&X F&?2’]:I:3:’a52?36F2X8=:’’a:3?;12’:;;8=2D&’;5F:33F2;1&?]:I 6I2?;&I&’92;12W’&]W82’?/P12F&I;I68;:Z’2;]&B=&’6F3I@:=834:3?W’68?Y2a3&’?I36F Z2X&W]:[2&I B =8’’:;&X W&X232X4a1:X92I;834]2X2&Z;:832?/J825&2’2=;X8==:3;8’292X I;X6=;6X2I]2X26I2?;&:3:’a52;12 232X4a=&’’2=;8&3=1:X:=;2X8I;8=I&W9&X;2^B83?6=2?98ZX:;8&3:;?8W W2X23;Y2a3&’?I36F Z2X I!"###%!$% +"###"83=&F Z83:;8&3]8;1W’&]B F2=1:38=:’B2’2=;X8=:’=&6@’8342H6:;8&3I/P12X2I6’;I I1&]2?;1:;A### %!$%+*###]:I;12’&=[834F&?2X:342&W9&X;2^B83?6=2?98ZX:;8&3$:3?;12:F@’8;6?2]:I;12’:X42I;]123!$]:I,###/P12232X4a1:X92I;834=1:X:=;2X8I;8=I&W?8W W2X23;@8;=12I&W;12]:[2&I=8’’:;&X F&?2’]2X2:3:’a52?/P128?2:’I@:=834W&X;18I I a I;2F]:I#(++F:3?;129&’;:42]:I$,%/f123;12?8I B ;:3=2Z2;]223;12;]&=&’6F3I]:I8?2:’#;12X2]:I&3’a&3283?2@23?23;9&X;2^83;12?8X2=;8&3&W;12 @:X:’’2’W B:^8I&W;12]:[29&X;2^F&X@1&’&4a#:3?;12:F@’8;6?2]:I;12’:X42I;/L5M J A>E@&]:[2&I=8’’:;&X$9&X;2^B83?6=2?98ZX:;8&3$’&=[F&?2$=&’6F3I@:=834!责任编辑&孔!薇"Copyright©博看网 . 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宽频压电振动能量采集器的分布参数模型与实验
l
t
on 原理和 Ra
l
e
i
Ri
t
z方法,并 考 虑 悬 臂 梁 末 端 质 量 块 的 影 响,建 立 了 压 电 能 量
gh
采集器的分布参数机电耦合模型;数值分析了能量采集器质量比、刚度比和阻尼比等参数对系统振动特
性、输出特性的影响;研制了实验原理样机,搭建了实验测试平台,验证了数学模型的正确性.研究结果
D 为电
S
位移;
ε３
e３１ 为常电
３ 为常应力条件下的介电常数;
场条件下的压电常数;
E 为电场强度.
１．
２ 运动控制方程
根据 Hami
l
t
on 原理,该模型的运动方程为
∫ (ΔT －ΔU ＋ΔW
t２
t１
e
d
t ＝０
＋ΔW )
(
３)
式中,
t 为时间;
ΔT 为系统动能变化量;
ΔU 为系统内势能
变化量;
Cb 分别为弹性放大器的质量、弹簧刚度和阻尼系
数.L 为悬臂梁的长度,
b 为悬臂梁宽度.hp、
hs
分别为 PZT 厚度和基板厚度.
假定压 电 晶 片 与 金 属 基 板 是 完 好 黏 结 的,且
压电悬臂 梁 是 Eu
l
e
rBe
rnou
l
l
i梁,做 横 向 弯 曲 振
动(沿z 轴方向),则 TDOF 压电能量采集器中金
Ｇ
[ ]
r
e
eo
ff
r
e
edom,
SDOF)系统.ERTURK 等 ２３
g考虑末端质量块 的 影 响, Nhomakorabea 立 了 SDOF 能 量 采 集
变截面压电悬臂梁能量采集器在高斯白噪声激励下的稳态统计特性研究
变截面压电悬臂梁能量采集器在高斯白噪声激励下的稳态统计特性研究作者：周坤涛杨涛葛根郝淑英冯晶晶张琪昌来源：《振动工程学报》2024年第05期摘要：环境振动是一种非周期、随机的宽频激励，研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。
本文采用改进随机平均法，求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数，位移与速度的联合概率密度函数以及稳态均方输出电压，随后研究了变截面压电梁的能量采集效能。
结果表明：负载电阻一定时，截面系数β>0时的变截面压电梁相比β=0时的等截面压电梁有更好的稳态均方输出电压；截面系数β>0时，随着电阻电容乘积的倒数的增加，变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐减小的趋势，当电阻电容乘积的倒数值一定时，β值越大，均方电压也越高；随着噪声强度的增加，变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐增大的趋势，当噪声强度一定时，β值越大，均方电压也越高。
本文研究结果可为变截面压电悬臂梁能量采集系统的设计及应用提供理论依据。
关键词：能量采集器；变截面压电悬臂梁；高斯白噪声激励；稳态概率密度；均方电压中图分类号： O324； TB34； TM91 文献标志码： A 文章编号： 1004-4523（2024）05-0864-11DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2024.05.015引言压电振动能量采集器是一种利用压电陶瓷元件的压电效应将采集到的环境中的振动能转换成电能的机电耦合器件。
该器件具有能量密度高、结构简单、体积小等优点，被广泛应用于无线传感器、MEMS等微功耗电子产品的供电系统中，成为目前微能源领域的研究热点［1］。
国内外学者对压电能量采集器做了大量的研究，取得了丰硕的成果。
Erturk等［2⁃3］对线性压电悬臂梁能量采集器做了系统的研究，推导了电压及功率的表达式，研究表明，线性能量采集器的工作频带窄、能量转换效率低，不满足微功耗器件的供电要求。
微压电式振动能量采集器的研究进展_孙健
孙 健等 :微压电式振动能量采集器 的研究进展
解[ 4] 为 x =X sin (ωt -φ)
(3) 2 国内外研究现状
其中
X =
X0
1-
ω ωn
2
2
+
2ηt ωωn
2
φ=arct
an
1
2ηt ω/ ωn -(ω/ ωn)2
式 (3)中 :ω为激励频率 ;ωn = k/ m为系统的固 有频率 ;X 0 为振动系 统在常力 F0 作用下的 静位 移 ;ηt 表示系统的复合阻尼比 。
收稿日期 :2009-04-22 基金项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (60777016);航 空 重 点 实 验 室 基 金 资 助 项 目 (20080857002 );科 技 部 国 际 合 作 项 目 (2009D FB10330);上海市科委资助项目 (08230705500) E-mail :xiaoziajian @sjt u .edu .cn
(压电式 、 静电式或电磁式)无关 , 其典型的物理模
型如图 1 所示 , 主要包括弹簧 、 质量块 、 阻尼器和
基座 。 当基座在外界激励的作用下发生振动时 , 质
量块随之振动 , 从而把外界的振动能转化为电能 。
图 1 弹簧质量块阻尼振动模型 Fi g .1 S pring-mass dam per model
模型的数学表达式为
m¨x +(be +bm)﹒x +k x =-m¨y
(2)
式中 :x 为弹簧的形变量 ;y 为环境振动的输入位
移量 ;m 为质量块的质量 ;be 和 bm 分别表示电阻
尼系数和机械阻尼系数 ;k 为弹簧的弹性常数 。
三稳态尾流驰振能量捕获系统发电性能研究
第39卷第3期应用力学学报Vol.39 N o.3 2022 年6 月Chinese Journal of Applied Mechanics Jun.2022文章编号：1000- 4939 (2022) 03- 0498- 09三稳态尾流驰振能量捕获系统发电性能研究刘丽兰，吴子英，谭红波(西安理工大学机械与精密仪器工程学院,710048西安）摘要：利用流体动能能量发电为微电子器件供电已逐渐成为非线性振动领域的研究热点。
利用 永磁铁产生非线性回复力，将非线性回复力引入到悬臂梁压电能量捕获装置中，提出了一种三稳态尾流驰振能量压电发电装置，获得力学模型及系统控制方程，获得了三稳态系统的稳定和不稳定平衡点表达式，给出了发电系统存在三稳态运动时的结构参数的取值范围。
重点研究了等平衡点不同势阱深度、等势阱深度不同平衡点位置对系统的动力学响应及发电性能的影响。
结果表明，等平 衡点条件下浅阱系统的起振折合流速更低、发电性能更好。
关键词：三稳态；尾流驰振；能量捕获；发电性能中图分类号：〇322 文献标志码：A D O I：10. 11776/j. issn.1000-4939.2022.03.010Study on the power generation performance of thetristable wake galloping harvesterLIU Lilan.WU Ziying.TAN Hongbo(School of Mechanical and Instmmental Engineering,Xi'an University of Technology,710048 Xi'an,China)Abstract：Harvesting flow kinetic energy t o power microelectronic devices has become a research hot topici n the area of nonlinear vibration dynamics.Nonlinear restoring force i s provided by magnetic repulsionforce of the permanent magnet.A t r i s t a b l e wake galloping vibration energy harvester i s put forward by e mbedding the nonlinear restoring force in the piezoelectric cantilever and power generation system in the paper.The mechanical model and governing equations are established.The analytic expressions of stable and unstable equilibrium points are obtained.The value range of structure parameters i s acquired when t r i s t a b l e motion occurs i n the t r i s t a b l e wake galloping vibration energy harvester.The dynamic performance and power generation performance are studied by simulations under the condition of the equal equilibrium points with different potential well depth and the equal potential well depth with different equilibrium points.The simulation results show that the reduced velocity of the t r i s t a b l e wake galloping vibration energy harvester under the condition of the equal equilibrium points with shallow potential well depth i s smaller than t h a t under the condition of the equal equilibrium points with other potential well depth,so i s the power generation performance.Key words:tristable;wake galloping;energy harvesting;power generation performance收稿日期：20214)4-28修回日期:2022~02-17基金项目：国家自然科学基金资助项目（N o.11572243)通信作者:刘丽兰，博士，副教授E-m a i l：liulilan s@ 163. c o m引用格式:刘丽兰，吴子英，潭红波.三稳态尾流驰振能量捕获系统发电性能研究[J].应用力学学报，2022，39(3) :498-505，526.LIU Lilan,WU Ziying,TAN Hongbo. Study on the power generation performance of the tristable wake galloping harvester J . Chinese journal ofa p p l i e d m e c h a n i c s,2022,39(3) -.498-505,526.第3期刘丽兰，等：•:稳态尾流驰振能量捕获系统发电性能研究499随着资源枯竭的态势日益严峻，大量学者将研 究目光转向了可再生能源技术〜21。