非線性壓電懸臂梁振動特性與能量采集研究.pdf

1、過去的二十年見證了微機電技術的快速發(fā)展，無線傳感器、數(shù)據(jù)傳輸設備、醫(yī)療植入設備向著微型化和低耗化的方向發(fā)展。電池、太陽能和風能等供能方式因其缺陷受到限制，振動能量采集為低耗設備的自供能提供了新的可能性。壓電懸臂梁式結(jié)構是最受歡迎的振動能量采集結(jié)構形式，傳統(tǒng)線性壓電懸臂梁因其存在固有頻率較高和帶寬較窄的缺點，因此人們提出非線性壓電懸臂梁能量采集方式，以增加能量轉(zhuǎn)化率和拓展帶寬。本課題重點研究非線性壓電懸臂梁的動力學特性，探索不同隨機特征激

2、勵下非線性壓電懸臂梁的輸出響應特性。
　　課題首先建立了非線性壓電懸臂梁集總參數(shù)模型，分析了結(jié)構參數(shù)對系統(tǒng)勢能函數(shù)及其非線性動力學特性的影響。由于輸入激勵是壓電梁能量獲取的一個關鍵因素，而以往研究通常選取諧波激勵作為輸入激勵，與實際環(huán)境中非周期、隨機的激勵不相符，因此為了更好地模擬現(xiàn)實中的激勵，課題通過數(shù)值仿真的方法獲得了高斯白噪聲、限帶白噪聲、高斯色噪聲以及窄帶濾波等激勵形式，并以這些激勵輸入研究非線性壓電懸臂梁的振動特性。

3、r>　　為了分析非線性隨機響應的概率密度函數(shù)，課題通過伊藤隨機積分方法列出并簡化了相應的FPK方程，分析了采集電路的時間參數(shù)對非線性輸出的影響。運用隨機線性化方法對非線性系統(tǒng)進行了等效線性化，并討論了不同磁鐵間距的等效固有頻率的變化。課題最后通過仿真深入研究了不同隨機激勵下，激勵參數(shù)對非線性輸出電壓響應隨兩個磁鐵間距變化規(guī)律的影響。
　　總之，課題深入探討了非線性壓電懸臂梁的振動能量采集特性，理論分析和數(shù)值仿真表明，不同的隨機激勵