基于謝爾賓斯基三角分形壓電振子的性能研究.pdf

1、環(huán)境中的振動機械能無處不在，大到汽車發(fā)動機的振動、飛機飛行過程中引起的氣流擾動，小到人體心臟的跳動等，都是典型的受環(huán)境影響較小的振動機械能。目前針對環(huán)境中振動機械能的采集和利用技術(shù)逐漸興起，用振動換能器來替代或減少傳統(tǒng)化學(xué)電池的使用極具實際意義。但是，傳統(tǒng)的振動換能器都存在采集能量功率密度低、帶寬窄的問題，并且兩者無法兼顧。針對這一技術(shù)難題，本論文根據(jù)分形結(jié)構(gòu)的思想，以多變的分形壓電振子代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一形狀壓電振子，利用分形的多樣性拓寬能

2、量采集帶寬。
　　本論文設(shè)計了基于謝爾賓斯基三角分形的寬帶壓電振子結(jié)構(gòu)。該壓電振子結(jié)構(gòu)以分形結(jié)構(gòu)為設(shè)計思想，以壓電理論和懸臂梁理論為基礎(chǔ)。通過對謝爾賓斯基(Sierpinski)三角分形進行懸臂梁化和有效填充，設(shè)計了在三個層次上具有自相似性的分形壓電振子結(jié)構(gòu)，保證了材料的利用率以及結(jié)構(gòu)的多樣性。所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在三個層次上具有自相似性，保證了該分形壓電振子至少存在三個不同大小的諧振頻率，有效地增大壓電能量采集裝置的帶寬，可以更多的采集

3、環(huán)境中不同頻率的振動機械能。并且經(jīng)填充后，每一層次的分形結(jié)構(gòu)數(shù)目都有效增加，能夠增加能量采集密度，提高輸出電壓。
　　本論文通過有限元計算方法對所設(shè)計的分形壓電振子的頻率特性和輸出電壓特性進行分析。對每個層次以及整體分形壓電振子的諧振頻率進行計算，同時通過掃頻探究各層次壓電振子應(yīng)變和輸出電壓隨頻率的變化。通過仿真結(jié)果可知，該壓電振子隨著分形層次的增加，能夠采集的振動頻率范圍變寬，同時能量采集密度增加，輸出電壓變大。
　　本論