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线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器动力学特性研究
被引量:
4
1
作者
张旭辉
陈路阳
+3 位作者
陈孝玉
徐冬梅
朱福林
郭岩
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第11期2996-3006,共11页
利用振动能量俘获技术将设备工况振动能转化为电能,为实现煤矿井下无线监测节点自供电提供了新的思路.通过引入非线性磁力设计了一种线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器,分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对动力学特性的影响规...
利用振动能量俘获技术将设备工况振动能转化为电能,为实现煤矿井下无线监测节点自供电提供了新的思路.通过引入非线性磁力设计了一种线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器,分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对动力学特性的影响规律.利用磁偶极子法建立磁力模型,通过实验测量线形-拱形组合梁的恢复力,并采用多项式拟合得到恢复力模型,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立系统的动力学模型,从时域角度仿真分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对系统动力学特性的影响规律.研制线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器样机并搭建实验平台进行实验研究,通过采集组合梁末端响应速度数据,验证了理论分析的正确性.研究表明:引入非线性磁场能够使系统势能呈现单势阱、双势阱或三势阱,激励一定时,调整磁铁水平间距和垂直间距能够使系统实现单稳态、双稳态或三稳态运动,且在三稳态运动时响应位移较大,增大激励水平有利于系统越过势垒实现大幅响应.研究为线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器的设计提供了理论指导.
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关键词
三
稳
态
压电
俘能
器
线形-拱形组合梁
非线性磁力
动力学建模
数值仿真
下载PDF
职称材料
窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学特性与实验研究
被引量:
3
2
作者
聂欣
张婷婷
靳艳飞
《动力学与控制学报》
2023年第3期53-62,共10页
本文研究了窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学输出特性.首先,建立了非线性三稳态压电俘能器的分布参数型机电耦合运动方程,并基于多尺度法推导得到系统运动方程响应的解析解以及一阶、二阶稳态矩的表达式.其次,分析了磁铁间距、...
本文研究了窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学输出特性.首先,建立了非线性三稳态压电俘能器的分布参数型机电耦合运动方程,并基于多尺度法推导得到系统运动方程响应的解析解以及一阶、二阶稳态矩的表达式.其次,分析了磁铁间距、噪声强度和激励幅值等参数对系统稳态响应的影响.研究结果表明,在一定参数范围内,随着噪声强度的增加,压电振动俘能器会经历阱内振动、阱间振动甚至大轨道周期运动,以表现出单稳态、双稳态和三稳态特性;改变磁铁水平间距和竖直间距构造三稳态压电俘能器,其振动幅值和采集电压相较于双稳态明显提高.最后,通过实验比较了压电俘能器在不同位形时的采集性能,结果表明了三稳态压电俘能器的优越性,为窄带随机激励下的非线性振动俘能器的设计提供一定的理论依据.
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关键词
三
稳
态
压电
俘能
器
窄带随机激励
输出电压
多尺度法
下载PDF
职称材料
基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动能量俘获机理与动力学特性研究
被引量:
1
3
作者
郑友成
朱强国
+6 位作者
赵泽翔
鞠洋
李颖
刘周龙
周铄
王光庆
张贝奇
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第23期138-150,共13页
提出一种基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动俘能器,实现在宽频范围内有效地采集低能轨道振动能量。将质量块和弹簧组成的线性放大机构置于三稳态压电俘能器与基座之间,调节线性放大机构与俘能器之间的质量比和刚度比,...
提出一种基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动俘能器,实现在宽频范围内有效地采集低能轨道振动能量。将质量块和弹簧组成的线性放大机构置于三稳态压电俘能器与基座之间,调节线性放大机构与俘能器之间的质量比和刚度比,使三稳态俘能器获得较大的输入动能从低能轨道运动跳转到高能轨道运动,从而获得更高的输出性能和更宽的工作频带。利用能量法建立了描述该复合压电振动俘能器系统动态响应的非线性机电耦合数学模型;采用动态分岔图仿真研究了系统质量比和刚度比对压电俘能器动态输出性能的影响及其能量俘获机理。实验验证了理论结果的正确性。研究结果表明:合理调节系统质量比和刚度比,复合俘能器可以在低能轨道振动时获得更宽的工作频带和更高的发电能力。与传统刚性基座三稳态压电俘能器相比,实验获得复合压电俘能器的阱间运动频率范围由3~14 Hz扩大到2~21.5 Hz,从低能轨道振动跳转到高能轨道振动所需的激励加速度由13.5 m/s^(2)降至5.8 m/s^(2)。
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关键词
三稳态俘能器
线性放大
非线性磁力
能量
俘
获
动
态
分岔
原文传递
题名
线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器动力学特性研究
被引量:
4
1
作者
张旭辉
陈路阳
陈孝玉
徐冬梅
朱福林
郭岩
机构
西安科技大学机械工程学院
陕西省矿山机电装备智能监测重点实验室
出处
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021年第11期2996-3006,共11页
基金
国家自然科学基金资助项目(51974228)。
文摘
利用振动能量俘获技术将设备工况振动能转化为电能,为实现煤矿井下无线监测节点自供电提供了新的思路.通过引入非线性磁力设计了一种线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器,分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对动力学特性的影响规律.利用磁偶极子法建立磁力模型,通过实验测量线形-拱形组合梁的恢复力,并采用多项式拟合得到恢复力模型,基于欧拉-伯努利梁理论和拉格朗日方程建立系统的动力学模型,从时域角度仿真分析了磁铁水平间距、垂直间距和激励加速度对系统动力学特性的影响规律.研制线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器样机并搭建实验平台进行实验研究,通过采集组合梁末端响应速度数据,验证了理论分析的正确性.研究表明:引入非线性磁场能够使系统势能呈现单势阱、双势阱或三势阱,激励一定时,调整磁铁水平间距和垂直间距能够使系统实现单稳态、双稳态或三稳态运动,且在三稳态运动时响应位移较大,增大激励水平有利于系统越过势垒实现大幅响应.研究为线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器的设计提供了理论指导.
关键词
三
稳
态
压电
俘能
器
线形-拱形组合梁
非线性磁力
动力学建模
数值仿真
Keywords
tri-stable piezoelectric energy harvester
linear-arch composite beam
nonlinear magnetic force
dynamic modeling
numerical simulation
分类号
TN384 [电子电信—物理电子学]
TN712.5 [电子电信—电路与系统]
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职称材料
题名
窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学特性与实验研究
被引量:
3
2
作者
聂欣
张婷婷
靳艳飞
机构
北京理工大学宇航学院力学系
出处
《动力学与控制学报》
2023年第3期53-62,共10页
基金
国家自然科学基金资助项目(12072025)。
文摘
本文研究了窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学输出特性.首先,建立了非线性三稳态压电俘能器的分布参数型机电耦合运动方程,并基于多尺度法推导得到系统运动方程响应的解析解以及一阶、二阶稳态矩的表达式.其次,分析了磁铁间距、噪声强度和激励幅值等参数对系统稳态响应的影响.研究结果表明,在一定参数范围内,随着噪声强度的增加,压电振动俘能器会经历阱内振动、阱间振动甚至大轨道周期运动,以表现出单稳态、双稳态和三稳态特性;改变磁铁水平间距和竖直间距构造三稳态压电俘能器,其振动幅值和采集电压相较于双稳态明显提高.最后,通过实验比较了压电俘能器在不同位形时的采集性能,结果表明了三稳态压电俘能器的优越性,为窄带随机激励下的非线性振动俘能器的设计提供一定的理论依据.
关键词
三
稳
态
压电
俘能
器
窄带随机激励
输出电压
多尺度法
Keywords
narrow-band random excitation
tri-stable piezoelectric energy harvester
output voltage
the method of multiple scales
分类号
O324 [理学—一般力学与力学基础]
下载PDF
职称材料
题名
基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动能量俘获机理与动力学特性研究
被引量:
1
3
作者
郑友成
朱强国
赵泽翔
鞠洋
李颖
刘周龙
周铄
王光庆
张贝奇
机构
浙江工商大学信息与电子工程学院
浙江工商大学萨塞克斯人工智能学院
出处
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第23期138-150,共13页
基金
国家自然科学基金(51777192)
浙江省自然科学基金(LY20E070001)资助项目。
文摘
提出一种基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动俘能器,实现在宽频范围内有效地采集低能轨道振动能量。将质量块和弹簧组成的线性放大机构置于三稳态压电俘能器与基座之间,调节线性放大机构与俘能器之间的质量比和刚度比,使三稳态俘能器获得较大的输入动能从低能轨道运动跳转到高能轨道运动,从而获得更高的输出性能和更宽的工作频带。利用能量法建立了描述该复合压电振动俘能器系统动态响应的非线性机电耦合数学模型;采用动态分岔图仿真研究了系统质量比和刚度比对压电俘能器动态输出性能的影响及其能量俘获机理。实验验证了理论结果的正确性。研究结果表明:合理调节系统质量比和刚度比,复合俘能器可以在低能轨道振动时获得更宽的工作频带和更高的发电能力。与传统刚性基座三稳态压电俘能器相比,实验获得复合压电俘能器的阱间运动频率范围由3~14 Hz扩大到2~21.5 Hz,从低能轨道振动跳转到高能轨道振动所需的激励加速度由13.5 m/s^(2)降至5.8 m/s^(2)。
关键词
三稳态俘能器
线性放大
非线性磁力
能量
俘
获
动
态
分岔
Keywords
tri-stable energy harvester
linear amplifying
nonlinear magnetic force
energy harvesting
dynamic bifurcation
分类号
TG156 [金属学及工艺—热处理]
原文传递
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
线形-拱形组合梁式三稳态压电俘能器动力学特性研究
张旭辉
陈路阳
陈孝玉
徐冬梅
朱福林
郭岩
《力学学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2021
4
下载PDF
职称材料
2
窄带随机激励下三稳态压电俘能器的动力学特性与实验研究
聂欣
张婷婷
靳艳飞
《动力学与控制学报》
2023
3
下载PDF
职称材料
3
基于线性放大与非线性磁力复合增强的三稳态压电振动能量俘获机理与动力学特性研究
郑友成
朱强国
赵泽翔
鞠洋
李颖
刘周龙
周铄
王光庆
张贝奇
《机械工程学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
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