梁式壓電換能器的力電耦合分析.pdf

1、隨著各種小型電子設備的廣泛使用，電子設備的自供能問題日益凸顯。利用壓電效應獲取環(huán)境振動能量的方式越來越顯示出其應用環(huán)境廣泛、方便簡潔的優(yōu)勢。壓電換能器有多種結(jié)構(gòu)，梁式壓電換能器是其中一種重要的類型。由于壓電懸臂梁的末端有集中質(zhì)量的情況下，很難給出振動狀態(tài)下壓電效應的解析表達式，因此目前國內(nèi)這方面的研究多限于實驗測試。涉及到一階以上共振頻率的梁式壓電換能器相關(guān)研究較少，理論尚匱乏。傳統(tǒng)的有關(guān)壓電換能器中壓電梁的研究大多限于單階振型或者直接

2、簡化為單自由度模型，不適合于較高頻率的振動。在外界頻率較高的情況下會有很大的誤差。本文共分四章，針對末端帶有集中質(zhì)量的壓電懸臂梁展開分析，系統(tǒng)研究了在較大頻率范圍內(nèi)的電流輸出性質(zhì)。
　　第一章闡述了獲取環(huán)境能量的巨大意義和各種能量獲取方式的優(yōu)劣，并簡要介紹了國內(nèi)外的相關(guān)方向理論成果。
　　第二章首先簡述了壓電效應的產(chǎn)生原理和相關(guān)基礎理論，列舉了四種常見邊界條件下的壓電方程組。其次，對懸臂梁和簡支梁進行了靜力學分析，得到了他們

3、在一定變形下的壓電效應計算式，為后續(xù)章節(jié)的動力學分析做了準備工作。
　　第三章對壓電懸臂梁展開動力學分析。首先針對帶有集中質(zhì)量的懸臂梁進行主振型的修正。得到了既滿足邊界條件，有具有正交性的前三階主振型計算式，并利用數(shù)學軟件繪制了相應振型圖線。其次，利用所得到的主振型計算了壓電懸臂梁的動態(tài)撓度，并分析振動中的阻尼問題。再次，對壓電懸臂梁的工作過程進行了定性分析。最后，闡述了壓電懸臂梁電荷輸出的計算方法。
　　第四章利用前面章節(jié)