驰振和基振复合作用下的双稳态能量采集系统动力学分析

为提高驰振能量采集系统在低风速下的能量采集效率,提出了一种新型宽频能量采集系统,该系统不仅通过磁力耦合引入非线性刚度,还考虑了流体激励和基础激励的复合作用.首先,通过能量法、Kirchhoff定律和准稳态假设得到能量采集系统的流-固-磁-电多物理场耦合振动控制方程.其次,通过Runge-Kutta数值方法对系统进行数值模拟确定合理的模型参数.结果表明:系统在共振频域中,基础激励起主导作用,在非共振频域中驰振的影响更为明显,而引入磁力耦合拓宽了原有系统在共振频域大幅响应的带宽,提高了系统在非共振频域的响应和能量采集效率.

基于动态磁耦合的驰振能量收集器动力学分析

为了提高能量收集系统在低风速下的能量收集效率,将动态磁铁非线性引入到驰振能量收集系统中。在悬臂梁的末端和底座上分别安装一对磁极相斥的磁铁,其中安装在底座上的磁铁与弹簧相连,可随着磁斥力的变化而垂直移动。首先,根据能量法建立了磁耦合驰振能量收集系统的多场耦合振动控制方程。其次,通过Runge-Kutta数值计算方法比较分析了低风速下动态磁耦合驰振能量收集系统(DM-GEH)和固定磁耦合驰振能量收集系统(FM-GEH)的电压输出。DM-GEH系统的切入风速提前了81.82%,在1 m/s~5 m/s风速范围内能量收集效率提高了124.22%。最后,针对弹簧支撑刚度进行参数优化,提升了低风速下的能量收集效率。结果表明,通过改变磁铁支撑方式至弹性支撑将改变系统的振动频率并且降低切入风速,相较于弹簧刚度为1000 N/m时,弹簧刚度为500 N/m时的系统的切入风速降低了54.55%,能量收集效率提高了15.35%。