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%。