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非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析

唐炜 王小璞 曹景军

非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析

唐炜, 王小璞, 曹景军
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  • 为便于评价、优化磁式压电振动能量采集系统的性能, 系统研究了该类系统的建模与分析方法, 建立了非线性的分布参数模型用于描述系统的非线性动力学行为, 并采用谐波平衡法给出了谐波响应的解析解. 随后利用仿真模型分析了磁铁间距、加速度幅值、负载阻抗对输出功率的影响, 比较了不同激励频率和加速度幅值下的最优阻抗. 结果表明: 双稳态特性适用于低强度的振动环境, 且愈接近临界区域, 输出功率愈高, 而单稳态渐硬特性适用于高强度振动环境, 其最优间距并不靠近临界区域; 阱间大幅运动和阱内小幅运动均存在高低能量态共存的现象, 愈接近临界区域, 现象愈明显; 激振频率是影响最优负载阻抗的决定性因素.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50905140)、陕西省自然科学基础研究计划(批准号: 2012JQ7003)和长安大学高速公路筑养装备与技术教育部工程中心开放基金(批准号: 2013G1502054)资助的课题.
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    Zhu D B, Tudor M J, Beeby S P 2010 Meas. Sci. Technol. 21 022001

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    Tang L H, Yang Y, Soh C K 2010 J. Intell. Mater. Syst. Struct. 21 1867

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    Stanton S, McGehee C, Mann B 2009 Appl. Phys. Lett. 95 174103

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    Ramlan R, Brennan M J, Mace B R, Burrow S G 2012 J. Intell. Mater. Syst. Struct. 23 1423

    [6]

    Erturk A, Hoffmann J, Inman D J 2009 Appl. Phys. Lett. 94 254102

    [7]

    Tang L H, Yang Y, Soh C K 2012 J. Intell. Mater. Syst. Struct. 23 1433

    [8]

    Stanton S C, McGehee C C, Mann B P 2010 Physica D 239 640

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    Gao Y J, Leng Y G, Fan S B, Lai Z H 2014 Acta Phys. Sin. 63 090501 (in Chinese) [高毓璣, 冷永刚, 范胜波, 赖志慧 2014 物理学报 63 090501]

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    Erturk A, Inman D J 2011 Piezoelectric Energy Harvesting (Chichester: Wiley), pp171, 345

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    Yung K W, Landecker P B, Villani D D 1998 Magn. Electr. Separ. 9 39

    [15]

    Bryant M, Ephrahim G 2011 J. Vib. Acoust. 133 011010

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    Erturk A, Inman D J 2011 J. Sound Vib. 330 2339

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    Erturk A, Inman D J 2011 J. Sound Vib. 330 2339

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-06-09
  • 修回日期:  2014-07-30
  • 刊出日期:  2014-12-05

非线性磁式压电振动能量采集系统建模与分析

  • 1. 西北工业大学自动化学院, 西安 710129
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 50905140)、陕西省自然科学基础研究计划(批准号: 2012JQ7003)和长安大学高速公路筑养装备与技术教育部工程中心开放基金(批准号: 2013G1502054)资助的课题.

摘要: 为便于评价、优化磁式压电振动能量采集系统的性能, 系统研究了该类系统的建模与分析方法, 建立了非线性的分布参数模型用于描述系统的非线性动力学行为, 并采用谐波平衡法给出了谐波响应的解析解. 随后利用仿真模型分析了磁铁间距、加速度幅值、负载阻抗对输出功率的影响, 比较了不同激励频率和加速度幅值下的最优阻抗. 结果表明: 双稳态特性适用于低强度的振动环境, 且愈接近临界区域, 输出功率愈高, 而单稳态渐硬特性适用于高强度振动环境, 其最优间距并不靠近临界区域; 阱间大幅运动和阱内小幅运动均存在高低能量态共存的现象, 愈接近临界区域, 现象愈明显; 激振频率是影响最优负载阻抗的决定性因素.

English Abstract

参考文献 (16)

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