弯曲压电振动能量采集动力学机理与建模方法研究

基本信息
批准号:11902282
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:杨征保
学科分类:
依托单位:香港城市大学深圳研究院
批准年份:2019
结题年份:2022
起止时间:2020-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:
关键词:
振动学能量采集智能结构非线性振动压电陶瓷
结项摘要

Vibration energy harvesting is a nascent alternative energy technology. It holds great potential to achieve self-powered and long-lifespan operation of wireless electronic devices. Currently one of the major bottlenecks constraining the applications of energy harvesters is their low power output. This project is proposed to significantly improve energy harvester performance by replacing the commonly used flat piezoelectric energy conversion element with curved piezoelectric elements. We will develop a comprehensive analytical model, and theoretically and experimentally investigate the dynamic and electrical responses of curved piezoelectric energy harvesters under different excitations. The main research activities include (1) development of a distributed-parameter electromechanical-coupling model for energy harvester of a single curved piezoelectric element; (2) development of a distributed-parameter electromechanical-coupling model for analyzing structures with multiple series-connected curved elements; (3) design, analysis and test of high-performance curved energy harvesters. The implementation of the proposed project will lay a theoretical and experimental foundation for the development of high-performance piezoelectric energy harvesters, which will ultimately promote the development of related self-powered sensors such as the Internet of Things and implantable medical devices.

振动能量采集是一新兴能源技术,具有实现电子设备自供电长久运行的巨大潜力。然而当前技术的能量产出率低,不能够满足大部分潜在应用的用电需求,这是能量采集技术面临的一个主要困难。为此本项目提出将弯曲压电单元运用到能量采集器中来替代普遍采用的压电平板的新思路,力求显著提高振动能量采集器的综合性能。我们将采用理论建模、仿真分析和实验相结合的方法,探索研究基于弯曲压电单元的振动能量器在不同激励状态和电载荷情况下的动态响应和能量输出特征。具体研究内容叙述涵括三个方面:1)建立基于单个弯曲压电单元的离散参数解析动力学-机电耦合模型;2)建立一个动力学-机电耦合模型分析多个弯曲压电单元串联的连续体结构;3)设计、制造、实验弯曲压电能量采集器。项目申请人在振动学和能量采集方面具有丰富经验。本项目的实施将为高效能量采集器的开发奠定理论和实验基础,加快其在物联网和植入式医疗设备等方面的应用。

项目摘要

振动能量采集是一新兴能源技术,具有实现电子设备自供电长久运行的巨大潜力。然而当前技术的能量产出率低,不能够满足大部分潜在应用的用电需求,这是能量采集技术面临的一个主要困难。为此本项目提出将弯曲压电单元运用到能量采集器中来替代普遍采用的压电平板的新思路,力求显著提高振动能量采集器的综合性能。我们将采用理论建模、仿真分析和实验相结合的方法,探索研究基于弯曲压电单元的振动能量器在不同激励状态和电载荷情况下的动态响应和能量输出特征。具体研究内容叙述涵括三个方面:1)建立基于单个弯曲压电单元的离散参数解析动力学-机电耦合模型;2)建立一个动力学-机电耦合模型分析多个弯曲压电单元串联的连续体结构;3)设计、制造、实验弯曲压电能量采集器。项目申请人在振动学和能量采集方面具有丰富经验。本项目的实施将为高效能量采集器的开发奠定理论和实验基础,加快其在物联网和植入式医疗设备等方面的应用。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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