多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究

为了提高悬臂梁压电振子的发电能力,设计并制作了多悬臂梁压电振子,采用有限元方法对多悬臂梁压电振子的有效工作频率进行了仿真分析,并且进行了实验验证.在此基础上,对多悬臂梁压电发电装置进行了压电发电实验测试.研究结果表明,多悬臂梁压电振子工作的谐振频率范围为56~65 Hz,与实验结果基本吻合.相比于单悬臂梁压电振子,多悬臂梁压电振子能有效地拓宽其谐振频带并提高压电发电能力.当多悬臂梁压电振子外接负载为820Ω、工作频率为60 Hz时,多悬臂梁压电发电装置的最大输出功率达到4.9 mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

分段电极多悬臂梁压电振子多模态发电能力研究

研究一种分段电极配置多悬臂梁压电振子的多模态发电能力。通过分析悬臂梁压电振子沿梁长度方向的应变变化情况,获得不同质量比的压电振子在二阶弯曲振动时的应变节点位置。实验测试分段电极和连续电极配置多悬臂梁压电振子在不同谐振区的发电能力,并进行对比分析。结果表明,分段电极配置的多悬臂梁压电振子在二阶弯曲振动时的工作频率范围为400～480 Hz,其峰值输出电压约为连续电极的2.5倍,相比于连续电极配置,分段电极配置可有效提高多悬臂梁压电振子在高频振动时的发电能力,实现宽频俘能。     

悬臂梁双晶压电能量采集装置的实验探究

为提高双晶压电振子的发电能力,探究了一种悬臂梁式双晶压电能量采集装置的发电性能。实验研究了振动台频率、激励位移、负载阻值和悬臂梁自由端质量块对悬臂梁式双晶压电能量采集装置输出电压和负载功率的影响,将两片双晶压电振子并联,探究了它们的发电性能。实验表明,存在谐振频率,使得输出电压最大;输出电压随着激励位移和负载阻值的增大而增大,并与激励位移呈一次函数关系;双晶压电振子外接匹配负载时,负载功率最大;随着质量块的质量在一定程度上的增加,输出电压随频率变化的曲线左移,峰值电压对应的频率变小;两片双晶压电振子并联且带匹配负载时,能有效提高负载功率。     

悬臂梁压电发电机的基频谐振频率与功率

为了消除悬臂梁振动压电发电机的Roundy理论模型因未考虑质量块长度而带来的误差,在考虑质量块长度的前提下,以质量块质心作用于悬臂梁处的挠度为自由度,建立了悬臂梁振动压电发电机的模型,并得到了基频谐振频率、输出电压和输出功率的理论表达式.数值仿真表明:当质量块长度与悬臂梁长度接近时,该模型与Roundy模型之间的偏差较...     

柔性压电发电机的发电性能分析

为提高微小型压电发电机的发电性能,设计了一种悬臂梁式的柔性风力发电机,通过实验与理论相结合的方法,分析了柔性悬臂梁振子的结构类型和结构尺寸对发电机输出电压的影响规律. 研究发现,合理选择压电振子的长、宽以及基底厚度,使压电振子在给定风速下产生共振将有助于提高发电机的发电能力. 在0～50 m/s的风速范围内,对不同结构尺寸的柔性压电发电机的发电能力进行了测试,实验结果表明:在压电振子能够发生共振的前提下,基底的厚度对发电性能的影响不大,而振子的长度及宽度对压电发电机的输出电压影响较大,且输出电压不随振子尺寸单调递增;在其他参数均为定值的前提下,压电振子的最优长度为40 mm,最优宽度为11.3 mm.      

谐振梁连接方式对压电俘能器发电性能的影响

为了提高复合结构压电俘能器的发电能力,本文研究了谐振梁与压电主梁的连接方式对系统发电性能的影响。使用有限元法分别得到了常规的单梁结构、附加水平谐振梁和竖直谐振梁后的复合结构压电俘能器的输出功率-激励频率以及输出功率-外负载关系曲线,并进行了比较研究。结果表明,相比于单梁结构及附加水平谐振梁的复合结构,附加竖直谐振梁的复合结构压电俘能器不仅可以得到两个更接近的谐振频率,而且两个最优功率分别比单梁结构提高了5.45倍和2.88倍,宽频效果显著。     

基于多尺度法的预载压电梁俘能特性

低频、宽带和可调频一直是衡量压电能量采集器性能的重要指标,施加轴向预载是改善这些重要指标的有效措施。为了更好地揭示预载对俘能特性的影响,基于欧拉-伯努利梁理论和高斯定理,推导了预载压电梁的力电耦合方程,使用伽辽金离散和多尺度法,得到了位移、电压和平均输出功率的渐进解析解;同时通过理论分析,给出了短路开路谐振频率、开路电压幅值、最优输出功率和最优电阻的具体表达式。然后,针对悬臂梁模型,结合数值模拟验证了文中理论的有效性,之后进一步分析探究了预载对开路电压和最优输出功率的影响。结果表明：施加轴向预载可以提高压电悬臂梁的俘能效率,相较于无预载情况,预载20 N时,谐振频率降低31.6%,开路电压幅值增加120.8%,最优输出功率增加40.0%。     

压电悬臂梁俘能器多模态俘能效果研究

研究了一种带质量块的压电悬臂梁俘能器,推导得到俘能器振型函数,并进行数值计算,分析不同质量比时系统振型特点,以及系统各阶固有频率与质量比的关系.数值计算结果表明:质量比小于0.5时,对系统各阶固有频率影响较大;质量比趋于无穷大时,自由边界条件会转化为夹持边界条件;俘能器二阶及二阶以上模态时在梁长度方向上存在应变节点,节点两侧应变符号相反.为提高俘能效率,避免压电晶片电极上电荷抵消现象的发生,可在悬臂梁上应变节点两侧分段粘贴压电晶片,提取多个谐振频率时的振动能,实验结果表明分段电极法可以产生更多的电能.     

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。     

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。     

悬臂式调谐质量阻尼器抑制管道振动研究

基于调谐质量阻尼器(TMD)的结构振动控制机理,将调谐质量阻尼器应用到管道的振动控制中。针对传统弹簧结构无法满足高频振动下调谐质量阻尼器刚度设计要求的问题,设计了一种便于安装的圆形截面悬臂式调谐质量阻尼器,其周向对称布置式结构可以对管道各个方向下的振动进行控制。理论推导并对比了传统悬臂梁和悬臂式TMD固有频率的计算公式,计算得到300Hz对应的悬臂式TMD结构参数,并利用Ansys模态分析对设计参数的准确性进行了验证。最后建立了激振器-TMD高频振动实验台装置,对悬臂式TMD在300Hz左右的减振特性进行了实验,结果表明设计的TMD能够有效抑制300Hz左右的高频振动,且有较宽的减振频带范围。     

60Co集装箱检测车悬臂振动分析

在分析振动对集装箱检测车系统性能影响的基础上 ,提出了 6 0 Co集装箱检测车悬臂的振动指标。为了验证悬臂结构的强度和刚度条件 ,采用动力学分析软件 AL GOR计算了 6 0 Co集装箱检测车悬臂的静态变形、振形和固有频率。悬臂在启动加速过程中振动最大 ,通过给悬臂施加一个与启动加速度相当的惯性力的方法 ,非常简单地模拟了启动加速过程 ,数值计算结果与实际测试结果较吻合 ,说明了该有限元模型能够正确分析出悬臂结构的力学特性     

幅频特性对结构损伤的敏感性

以悬臂梁作实验模型，测量其自由端加速度对该点激振荷载的幅频特性曲线，求得 具有不同深度切口悬臂梁的前两阶固有频率和幅频特性曲线的前两个峰值对切口的灵敏 度。结果表明，与基频相比幅频特性曲线的第一峰值对悬臂梁切口的灵敏度大约高出一 个数量级，第二固有频率也比基频对切口的灵敏度要高一些。还用模态综合法算出切口 悬臂梁的前两阶固有频率和幅频特性曲线的前两个峰．结果与实验能较好地吻合．     

造纸毛毯抗弯刚度和固有频率关系分析

首先利用Peirce’s悬臂梁原理对造纸毛毯样品进行力学分析.将用数值方法计算得到的理论挠曲线与用斜面法测试得到的实际挠曲线进行对比,两者很好地符合说明了斜面法仍然适用于造纸毛毯的抗弯刚度测试.其次根据固体力学中悬臂梁横向振动固有频率表达式得到了计算固有频率fc.在共振原理基础上,用经典的激振法得到了造纸毛毯的测试固有频率ft.计算和实测固有频率之间存在良好的线性关系说明造纸毛毯计算固有频率正确可行.最后通过造纸毛毯结构调整来设计其固有频率.     

高gn值悬臂梁式硅微加速度传感器的结构设计

针对高冲击加速度测量,分别就硅微加速度传感器等载面和变载面悬臂枯不同结构尺寸下的应力状及固有频率进行了有限元数值模拟;对等截面和变截面悬臂梁结构的灵敏度进行了分析比较和数值计算,结果都说明了采用变截面悬臂梁结构,灵敏度可提高近30％;对选择的变截面悬臂梁结构的加速度传感器其量程为10000gn,有足够的抗过载能力,且横向灵敏度足够小。     

Vibration Analysis of Digital Radiography System for Large Container Inspection

The cantilever vibration characteristics of a digital radiography system were analyzed to predict the effect of vibration on the performance of a mobile container inspection system. The static deformation,vibration mode and natural frequency of the cantilever of the digital radiography system were calculated with the ALGOR Finite Element System to verify the strength and rigidity of the cantilever. The maximum amplitude of the cantilever vibration occurs as it starts accelerating. The predictions show good agreement with test results, indicating that the finite element model of the cantilever structure accurately models the mechanical characteristics.     

用瞬态激振法测量微机械材料的弹性模量

利用蚀刻硅技术制造的微机械构件 ,由于其特殊的制作过程需要对其材料的机械性能如弹性模量等进行测试。文章综述了已有的微机械材料弹性模量测试方法。在此基础上 ,提出了用瞬态激振法来测量微机械材料的弹性模量的方法 ,这种方法把微机械构件做成悬臂梁 ,通过对悬臂梁进行瞬态碰击激励并使之产生一个短暂的振荡。然后求得振荡趋于稳定时的频率 ,这就是悬臂梁的固有谐振频率。再通过计算公式求出微机械材料的弹性模量。这种方法具有测试装置简单、测量容易、精度高等特点。可作为一种常用的测试方法     

组合悬臂板的非线性振动响应

为研究电机升高片,发动机凸肩叶片的非线性振动特征,将其简化成组合悬臂板模型,应用弹性薄板理论,推导出考虑阻尼、几何大变形的三个互相耦合的非线性振动微分方程.再使用Galerkin法获得广义坐标中的非线性方程组,采取Runge-Kutta数值分析方法获得了组合悬臂板非线性振动响应和幅频特性曲线.结果表明:由于几何非线性因素对系统的影响,非线性的振动响应小于线性振动响应;非线性共振频率大于固有频率,但仍在组合板各阶固有频率附近;非线性幅频特性曲线具有多值性和跳跃性,其形状与激振力大小有关.