悬臂梁双压电振动能量采集器发电性能研究

为了收集环境中的振动能量,实现无线传感器网络节点等低能耗器件的自供电,针对电动机的机械振动,设计了一种可采集电动机振动能量的压电振动能量采集器。研究了电动机转速、负载阻值和悬臂梁自由端固定不同质量永磁铁块对压电振动能量采集器输出电压和输出功率的影响。实验结果表明,负载上电压随着负载阻值的增大而增大;输出功率不随负载阻值和所加永磁铁质量的增大,而是存在一个最优负载和一个最佳质量的永磁铁,当电动机的振动频率等于悬臂梁双压电振子的固有频率时,输出功率达到最大,并与理论计算值接近。     

从能量角度谈振动

从能量角度给出了振动，简谐振动和阻尼振动的定义。     

从能量角度谈振动

从能量角度给出了振动、简谐振动和阻尼振动的定义.     

基于改进迭代模型的车-桥耦合系统竖向随机振动研究

采用改进的车-桥耦合系统迭代计算模型,建立了基于虚拟激励法(PEM)的列车-轨道-桥梁竖向随机振动分析模型.采用虚拟激励法将轨道不平顺精确地转化为一系列竖向简谐不平顺的叠加,并运用分离迭代法求解车-桥耦合系统振动方程.以CRH2高速列车通过5跨简支梁桥为例,对改进的车-桥耦合系统迭代计算模型的计算精度和效率进行了验证.结果表明:在保持与传统模型相同计算精度的前提下,改进模型能使计算效率提高5倍左右.通过对列车-轨道-简支梁桥竖向随机振动响应中确定性激励引起的均值和轨道不平顺引起的均方根进行分析可知:桥梁竖向位移主要受列车自重控制,轨道不平顺引起的桥梁竖向位移影响很小;桥梁和车体竖向加速度受轨道不平顺影响显著,改善线路条件能有效提高列车的乘车舒适性;同时,车速越高,桥梁和车辆随机响应的均方根越大,由轨道不平顺引起的耦合系统振动响应的离散度越大.     

简谐振动判据的讨论

通过时科谐振动判据的分析，论述了简谐振动的基本特征，指出在机械运动范围内用振动的微分方程和动力学方程作为简谐振动的判据是不充分的，而且简谐振动不是某物体的振动而是系统的振动。     

路面激励相干函数对车桥系统随机振动响应的影响

采用虚拟激励法建立多点输入相干激励车桥耦合随机振动模型,研究路面不平顺相干函数对车桥耦合系统振动响应的影响.将三轴自卸汽车离散为三维九自由度弹簧-质量-阻尼体系,桥梁离散为板-壳实体单元,考虑路面输入激励的相干性,研究Naryanan相干函数、Dieter相干函数和Zhang相干函数对车桥耦合系统振动响应及频谱特性的影响.研究结果表明:不同的相干函数对位移均方根和加速度均方差的影响效果不同;相干函数仅影响共振能量大小,不改变路面激励与车桥耦合系统的共振频率;研究车桥耦合随机振动响应时,路面激励相干函数对桥梁振动响应的影响可不计,但对车辆振动响应的影响不可忽略.     

对简谐振动判据的讨论

通过对简谐振动的判据 (或定义 )的分析 ,说明线性回复力为系统的内力、振动系统机械能守恒 ,是简谐振动系统的基本特征 ;指出在机械运动范围内 ,用振动的微分方程和运动学方程作为简谐振动的判据是不充分的 ,而且简谐振动是系统的振动 ,而不是某物体的振动 .     

振动法空气比热容比测定实验原理分析

指出传统振动法测量气体比热容比实验中钢球的运动并非完整的简谐振动。按照运动过程,详细分析了各段的受力情况并给出每段的运动方程,得出了更为准确的空气比热容比计算公式。     

悬臂梁双压电振动能量采集器的发电性能

为了收集环境中的振动能量,实现无线传感器网络节点等低能耗器件的自供电,针对电动机的机械振动,设计了一种可采集电动机振动能量的压电振动能量采集器。研究了电动机转速、负载阻值和悬臂梁自由端固定、不同质量永磁铁块对压电振动能量采集器输出电压和输出功率的影响。实验结果表明,负载上电压随着负载阻值的增大而增大;输出功率不随负载阻值和所加永磁铁质量的增大,而是存在一个最优负载和一个最佳质量的永磁铁。当电动机的振动频率等于悬臂梁双压电振子的固有频率时,输出功率达到最大;并与理论计算值接近。     

采用振动能量技术的稳压电源设计

为了解决无线终端等低功耗嵌入式设备的供电问题,提出了一种采用振动能量采集芯片的稳压电源设计方案.介绍了振动能量采集器的工作原理,给出了稳压电源电路设计方案,分析了能量转换的工作过程,并根据振动采集的特点和负载供电的需求,选择合适的无源器件参数.最后给出了仿真数据,结果表明:该振动能量稳压电源转换效率高,输出电压纹波和噪声低,能够为适用负载提供可靠供电.     

汽车动力总成非线性能量阱参数设计方法

为控制汽车动力总成的垂向振动,建立了动力总成-NES(Nonlinear energy sink,非线性能量阱)二自由度振动模型,考虑动力总成激励力主要为简谐激励和冲击激励。在动力总成简谐激励下,利用复变量-平均法推导了系统慢变方程,得到稳态响应方程,并判断解的稳定性。以平均能量耗散率最大为优化目标,对NES刚度进行优化,优化后的NES减振效果得到明显改善。利用时程曲线、相轨迹和Poincaré映射对系统响应机制进行分析,得到系统响应机制对减振效果的影响规律,给出NES阻尼的优化原则。最后,在动力总成冲击激励下,计算分析了系统各参数对减振性能的影响规律,给出NES刚度和阻尼的优化方法,结果表明优化后的NES能够有效的抑制动力总成在冲击激励下的振动。     

压电俘能器磁力限幅结构设计与优化

针对悬臂梁式PZT俘能器的压电陶瓷片经过长时间循环振动后常常会出现裂纹甚至发生断裂的问题,提出了俘能器的磁力限幅结构方案. 采用ANSYS软件对原结构以及限幅以后的结构进行谐响应分析. 结果表明,磁力限幅方案有效地减小了结构中的最大应力. 对磁力限幅方案进行了优化,并通过仿真证明了优化后的结构在俘能器获得最佳俘能效果的前提下,可有效控制压电陶瓷片的疲劳断裂.     

一种低频压电俘能器准静态分析与能量收集试验

针对环境中的低频振动能量,基于低频悬臂梁压电结构,建立了压电俘能器的准静态振动模型,并通过数值仿真与试验对其进行了验证.结果显示,数学模型与数值仿真及试验结果相吻合.当该结构在一阶谐振（58.9 Hz）状态,且激励加速度10 m/s2时,结构开路输出电压可达86.3 V,最大输出功率为27.5 mW.另外,针对压电俘能器的能量存储问题,采用LTC3588-1芯片,设计了相应的能量采集电路,并进行了超级电容充电试验.结果显示,对0.22F 5 V超级电容充电6 000 s可达到3.6 V电压.      

FRP桥面板钢梁桥车桥耦合振动分析

本文采用3-D全车模型和模态坐标法，以路面竖向不平顺为激励源，建立车-桥耦合振动微分方程，用Runge—Kutta法求解，据此思路用Matlab编制车-桥耦合振动的计算程序，并进行了FRP桥面板钢梁桥的振动分析，模拟结果与现场实测结果对比符合较好，表明该方法正确有效，可用于分析各种车桥耦合振动问题。     

移动磁场作用下的通电导线的非线性动力学分析

研究输电线在磁场中谐扰力作用下的主共振问题,应用动力学方法建立磁场中受谐扰力作用输电线的非线性振动。根据非线性振动的多尺度解法,得到了系统满足主共振情况的近似解,并对其进行数值计算。分析磁场变化、外部激励、调谐值、阻尼等对系统的响应。得到系统失稳的临界磁场强度,指出力幅响应曲线存在跳跃现象。     

高速气浮电主轴转子系统不平衡响应分析

针对高速气浮电主轴转速高,动力学行为复杂,对不平衡激励敏感的特点,基于推广的拉格朗日方程,建立了高速电主轴转子气体轴承系统的动力学数学模型,获得了自由振动微分方程与强迫振动微分方程。在分析气浮电主轴系统残余不平衡质量产生的惯性离心力及不平衡磁拉力的作用机理的基础上,利用有限元方法,对某最高工作转速为250000 r／min 的高速气浮电主轴转子系统进行了不平衡激励的谐响应分析,揭示了运行于超临界模式的高速气浮电主轴在不平衡激励下的动力学行为,为实际工程应用中的高速气浮电主轴转子系统的优化设计、振动控制等提供了理论依据。     

并联双稳态非线性悬臂压电俘能器的动力学与俘能特性的研究*

对并联的双稳态非线性悬臂压电俘能器的动力学和俘能特性进行了研究。建立了并联双稳态非线性悬臂压电俘能器的机电耦合方程。利用数值仿真方法,对非并联和并联的双稳态俘能器的混沌边缘及俘能效果进行了分析和比较。研究结果表明:并联双稳态非线性悬臂压电俘能器可以提高俘能效率;而其工作频带宽度与混沌边缘间的周期运动区域宽度相关。     

频率涨落线性谐振子在简谐激励下的随机共振

研究了线性谐振子在固有频率存在白噪声的情况下受到简谐激励后的系统输出响应.计算出一阶矩的解析表达式后发现:输出响应是简谐振动,振动频率是激励力的频率,振幅随简谐激励力频率和固有频率的变化均出现随机共振.     

压电-电磁复合式俘能器的归一化机电耦合模型与分析

针对设计的压电-电磁复合式俘能器,建立其归一化机电耦合模型,利用数值计算和实验测试分析在不同耦合强度下俘能器的振动特性和输出功率. 研究结果表明,在谐振频率点处,当负载匹配时,俘能器的输出功率最大;随着耦合强度增大,俘能器的输出功率、俘能带宽、谐振频率点偏移值也增大. 对于弱耦合和强耦合,复合式俘能器的输出功率大于基于单一俘能机理的压电式或电磁式俘能器的输出功率. 此外,复合式俘能器的最佳负载电阻与耦合效应的强度有关.