具有模式渐变性的压电复合式振动能量收集装置结构优化建模和方法研究

基本信息
批准号:51405170
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:21.00
负责人:张俐
学科分类:
依托单位:华中科技大学
批准年份:2014
结题年份:2017
起止时间:2015-01-01 - 2017-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:罗震,李好,姜正,李伯豪,秦小明
关键词:
模式渐变径向基函数水平集能量收集拓扑优化
结项摘要

Piezocomposite-based vibrational energy harvesting devices can be used to convert the vibrational energy into electric energy, and have found increasing application in Engineering. The traditional methods for the design of energy havesting devices are based on the empirical approach, which yield inadequate optimization results and have long design cycles. The application of structural topology optimization method in the design of piezocomposite-based vibrational energy harvesting devices can effectively improve the performance of the product and reduce the design cycle, which has the great theoretical significance and engineering value. The research work will propose a parametric boundary description method for multiphase materials based on the level set method with piecewise constants. This work will study the dynamic topology optimization problems, and build the composite material structure optimization model. Furthermore, this research will study the mathematical expression of the pattern gradation constraint, and identify the influences of different design parameters on the strucutral performance.Finally, this work will study optimization algorithms based the move asymptote method, and develop the efficient solution procedure for the multi-constraint and non-linear problems. Based on the above theoretical research, the project will apply the outcomes to the typical topology optimization problems with regard to the piezocomposite-based vibrational energy harvesting devices, which would promote the progress both in theory and application of topology optimization of smart piezoelectric material-based structure.

压电复合式振动能量收集装置主要用于将振动能量转化为可用电能,被广泛应用于实际工程领域中,其传统的设计方法遵循经验设计原则,设计周期长,具有一定局限性。结构拓扑优化方法能有效地提高产品性能,减少设计周期,具有重要的理论意义和工程应用价值。本项目拟基于分段光滑的水平集,提出参数化的多相材料边界描述技术;研究动力学拓扑优化问题,构建复合材料结构优化问题模型;研究模式渐变约束的数学表达,探讨不同设计参数对装置性能的影响;研究基于移动渐近线方法的优化算法,构建多约束非线性问题的高效求解流程;结合以上研究基础,将研发成果应用到压电复合式振动能量收集装置的结构优化设计,推动压电智能结构拓扑优化设计的理论发展和工程应用。

项目摘要

压电复合式振动能量收集装置主要用于将振动能量转化为可用电能,被广泛应用于实际工程领域中,其传统的设计方法遵循经验设计原则,设计周期长,具有一定局限性。结构拓扑优化方法能有效地提高产品性能,减少设计周期,具有重要的理论意义和工程应用价值。为推动压电复合式振动能量收集装置的结构优化设计与压电智能结构拓扑优化设计的理论发展和工程应用,本项目研究了具有模式渐变性的压电复合式振动能量收集装置结构优化建模和方法。取得的主要成果主要包括以下方面:(1)建立了基于参数化水平集的压电能量收集结构的拓扑优化模型,实现以压电能量收集装置压电转化效率为目标,对压电能量收集结构进行拓扑优化。(2)建立了基于分段光滑水平集边界描述技术的压电多相材料拓扑优化模型,实现多相材料的压电能量收集装置的拓扑优化。(3)建立了添加模式渐变约束的压电式能量收集结构优化模型,研究了模式渐变约束对于压电能量收集装置性能的影响,模式渐变约束对于压电转换效率的提高作用明显。(4)完成压电层合结构模型加工设备及其控制软件的开发,以实现优化结果的试制与有效性验证。相关研究成果已发表学术论文5篇(其中,国际权威和核心期刊上发表SCI论文1篇,影响因子3.949),SCI论文在审1篇,获得实用新型专利一项,获批软件著作权一项。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

监管的非对称性、盈余管理模式选择与证监会执法效率?

DOI:
发表时间:2016
2

拥堵路网交通流均衡分配模型

拥堵路网交通流均衡分配模型

DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201804030
发表时间:2019
3

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

宁南山区植被恢复模式对土壤主要酶活性、微生物多样性及土壤养分的影响

DOI:10.7606/j.issn.1000-7601.2022.03.25
发表时间:2022
4

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

DOI:10.19650/j.cnki.cjsi.J2007019
发表时间:2021
5

一种改进的多目标正余弦优化算法

一种改进的多目标正余弦优化算法

DOI:
发表时间:2019

相似国自然基金

1

环境适应型压电-电磁复合式振动能量收集关键基础研究

批准号:51305183
批准年份:2013
负责人:刘祥建
学科分类:E0512
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
2

自调谐多方向压电振动能量收集方法及性能优化研究

批准号:10972102
批准年份:2009
负责人:陈仁文
学科分类:A0808
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
3

基于电磁和压电复合式振动能量收集的电动汽车传感器自供电技术研究

批准号:51307070
批准年份:2013
负责人:桑英军
学科分类:E0705
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

基于非线性力学结构的复合式MEMS振动能量收集技术的研究

批准号:51075344
批准年份:2010
负责人:伞海生
学科分类:E0512
资助金额:40.00
项目类别:面上项目