薄壁板氣動(dòng)彈性非線性振動(dòng)的壓電俘能研究.pdf

1、自然界中的流致振動(dòng)無處不在，如何將無處不在的流致振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電能已經(jīng)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。高速列車和飛行器飛行時(shí)，在氣動(dòng)力作用下，列車和飛行器的壁板將產(chǎn)生氣動(dòng)彈性振動(dòng)；通常，該氣動(dòng)彈性問題是有害的，應(yīng)盡量避免，而壓電片將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的同時(shí)會(huì)對(duì)壁板的振動(dòng)產(chǎn)生抑制的作用，提高高速列車和飛行器的穩(wěn)定性。多個(gè)壓電俘能器聯(lián)合使用，可為微電子系統(tǒng)持續(xù)供電且增加列車和飛行器穩(wěn)定性。因此，本文在閱讀大量壁板振動(dòng)和壓電俘能文獻(xiàn)后，針對(duì)壁板的氣動(dòng)彈性

2、非線性振動(dòng)俘能進(jìn)行一系列的理論計(jì)算、仿真和實(shí)驗(yàn)研究。
　　本文基于氣動(dòng)彈性理論、振動(dòng)理論、彈性力學(xué)、材料力學(xué)、壓電學(xué)和歐拉伯努利梁理論等相關(guān)知識(shí)，建立了懸臂壁板壓電俘能結(jié)構(gòu)的線性數(shù)學(xué)模型和帶有非線性剛度、非線性慣性及非線性壓電項(xiàng)的懸臂壁板壓電俘能結(jié)構(gòu)的非線性數(shù)學(xué)模型?；谇懊嫠⒌姆蔷€性理論數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，分析了不同風(fēng)速、外接負(fù)載電阻、壓電片長(zhǎng)度、壓電片厚度對(duì)懸臂壁板的氣動(dòng)彈性振動(dòng)和俘能特性的影響。另外，基于多物理場(chǎng)耦合

3、的有限元仿真方法，分析了不同流速、外接負(fù)載電阻對(duì)曲面壁板振動(dòng)和俘能的影響規(guī)律；并對(duì)壓電貼片位置和尺寸進(jìn)行優(yōu)化分析和驗(yàn)證。最終通過對(duì)風(fēng)速，負(fù)載電阻，壓電貼片尺寸規(guī)格等因素分析發(fā)現(xiàn)，在一定的風(fēng)速下，合理選擇負(fù)載電阻和壓電貼片尺寸規(guī)格可以使其最大程度的兼顧減振效果最好，輸出功率最大和材料最大利用率。為了驗(yàn)證前面建立的數(shù)學(xué)模型和有限元仿真的正確性，設(shè)計(jì)和制作了直流壓風(fēng)式低速小型風(fēng)洞，并編寫一套數(shù)據(jù)采集程序構(gòu)成一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)平板壁