【英文题名】
Research on Vibration Characteristics of Nonlinear Piezoelectric Cantilever and Energy Harvesting
【作者】
乔海 ;
【导师】
冷永刚 ;
【学位授予单位】
天津大学 ;
【学科专业名称】
机械工程
【学位年度】
2016
【论文级别】
硕士
【网络出版投稿人】
天津大学
【网络出版投稿时间】
2017-06-19
【关键词】
限带白噪声 ;
色噪声 ;
窄带随机激励 ;
压电悬臂梁 ;
非线性能量采集 ;
FPK方程 ;
随机线性化 ;
【英文关键词】
band-limited white noise ;
colored noise ;
narrowband excitation ;
piezoelectric cantilever beam ;
nonlinear energy harvesting ;
FPK equation ;
Statistical Linearization ;
【中文摘要】
过去的二十年见证了微机电技术的快速发展,无线传感器、数据传输设备、医疗植入设备向着微型化和低耗化的方向发展。电池、太阳能和风能等供能方式因其缺陷受到限制,振动能量采集为低耗设备的自供能提供了新的可能性。压电悬臂梁式结构是最受欢迎的振动能量采集结构形式,传统线性压电悬臂梁因其存在固有频率较高和带宽较窄的缺点,因此人们提出非线性压电悬臂梁能量采集方式,以增加能量转化率和拓展带宽。本课题重点研究非线性压电悬臂梁的动力学特性,探索不同随机特征激励下非线性压电悬臂梁的输出响应特性。课题首先建立了非线性压电悬臂梁集总参数模型,分析了结构参数对系统势能函数及其非线性动力学特性的影响。由于输入激励是压电梁能量获取的一个关键因素,而以往研究通常选取谐波激励作为输入激励,与实际环境中非周期、随机的激励不相符,因此为了更好地模拟现实中的激励,课题通过数值仿真的方法获得了高斯白噪声、限带白噪声、高斯色噪声以及窄带滤波等激励形式,并以这些激励输入研究非线性压电悬臂梁的振动特性。为了分析非线性随机响应的概率密度函数,课题通过伊藤随机积分方法列出并简化了相应的FPK方程,分析了采集电路的时间参数对非线性输出的影响。运用随机线性化方法对非线...
【英文摘要】
The last two decades have witnessed many advances in micro-electro-mechanical systems technologies,promoting the development of the wireless sensing,data transmission,and medical implants toward a trend of miniature and low-power.Battery,solar energy and wind energy are restricted due to its drawback,while vibration energy harvesters render a novel possible method for self-powered of low-power devices.The most common energy harvesting approach is piezoelectric cantilever beam.Traditional linear piezoelectri...
【更新日期】
2017-06-26
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