面内压电振动能量采集放大机理与动力学设计方法研究

基本信息
批准号:11802091
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:28.00
负责人:邹鸿翔
学科分类:
依托单位:湖南工程学院
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:关跃奇,白泉,杨博文,李莺珏
关键词:
能量采集动力学特性压电陶瓷
结项摘要

The applications of piezoelectric vibration energy harvester have been restricted by its large volume, poor environmental adaptability and low output power in many fields. In order to increase the output power and reduce the required three-dimensional space, this project aims at the research of dynamic design theory of in-plane piezoelectric vibration energy harvesting, which can be integrated into the micro-electronic devices easily. The mechanism of magnification and energy conversion of a planar piezoelectric flextensional structure will be studied. The bistable transition mechanism of the in-plane buckling structure will be revealed. The nonlinear dynamic characteristics of the vibration energy harvesting system will be investigated. The multi-modal design criteria for the coupling between flextensional and buckling structures will be proposed. The dynamic characteristics and performance of vibration energy harvesting devices under harmonic, random and impulsive excitation will be analyzed and discussed. This project will provide theoretical basis and technical guarantee for the design and application of harvesting-sensing integration, which has important academic value and application prospect.

压电振动能量采集器因其体积大、环境适应性差和输出功率低等问题,严重制约了器件的发展及其应用。为了提高输出功率,减小器件所需空间范围,便于集成到微小型电子设备,本项目拟开展面内压电振动能量采集的动力学设计理论与方法方面的研究,揭示平面型弯张压电结构的放大机制与能量转换机理,研究面内屈曲结构的双稳态跳变机制,研究振动能量采集系统的非线性动力学特性,提出面内弯张结构与屈曲结构之间关联耦合的多模态设计准则和分析方法,研究谐波、随机和脉冲等复杂激励作用下面内压电振动能量采集器件的动力学演化规律和俘能性能。本项目将为俘能-传感一体化设计及应用提供理论依据和技术支持,具有重要的学术价值和应用前景。

项目摘要

为了提高输出功率,减小器件所需空间范围,便于集成到微小型电子设备,本项目开展了面内压电振动能量采集的动力学设计理论与方法方面的研究,揭示了平面型弯张压电结构的放大机制与能量转换机理,研究了面内屈曲结构的双稳态跳变机制,研究了振动能量采集系统的非线性动力学特性,提出了面内弯张结构与屈曲结构之间关联耦合的多模态设计准则和分析方法,为了提高输出功率与工作频宽,设计了具有双稳态与力放大机制的面内压电振动能量采集器。考虑弯张小变形,通过能量法建立了面内压电振动能量采集器的机电耦合动力学模型。研究了谐波、随机和脉冲等复杂激励作用下面内压电振动能量采集器件的动力学演化规律和俘能性能。分析了关键设计参数对面内压电振动能量采集器性能的影响,数值仿真了面内压电振动能量采集器在简谐激励下的俘能性能。结果表明,通过合理的设计,面内压电振动能量采集器可以低频、宽频弱激励下有效俘获能量。相关研究成果在国内外学术期刊上发表论文13篇,申请国家发明专利并授权5项。面内压电振动能量采集设计方法有利于推动便携式、可穿戴式自供能等方面的应用和产业化。本项目将为俘能-传感一体化设计及应用提供理论依据和技术支持,具有重要的学术价值和应用前景。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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