薄壁板氣動彈性非線性振動的壓電俘能研究.pdf

1、自然界中的流致振動無處不在，如何將無處不在的流致振動轉化為電能已經成為當前的研究熱點。高速列車和飛行器飛行時，在氣動力作用下，列車和飛行器的壁板將產生氣動彈性振動；通常，該氣動彈性問題是有害的，應盡量避免，而壓電片將振動的機械能轉化為電能的同時會對壁板的振動產生抑制的作用，提高高速列車和飛行器的穩(wěn)定性。多個壓電俘能器聯(lián)合使用，可為微電子系統(tǒng)持續(xù)供電且增加列車和飛行器穩(wěn)定性。因此，本文在閱讀大量壁板振動和壓電俘能文獻后，針對壁板的氣動彈性

2、非線性振動俘能進行一系列的理論計算、仿真和實驗研究。
　　本文基于氣動彈性理論、振動理論、彈性力學、材料力學、壓電學和歐拉伯努利梁理論等相關知識，建立了懸臂壁板壓電俘能結構的線性數(shù)學模型和帶有非線性剛度、非線性慣性及非線性壓電項的懸臂壁板壓電俘能結構的非線性數(shù)學模型?；谇懊嫠⒌姆蔷€性理論數(shù)學模型，進行數(shù)值計算，分析了不同風速、外接負載電阻、壓電片長度、壓電片厚度對懸臂壁板的氣動彈性振動和俘能特性的影響。另外，基于多物理場耦合

3、的有限元仿真方法，分析了不同流速、外接負載電阻對曲面壁板振動和俘能的影響規(guī)律；并對壓電貼片位置和尺寸進行優(yōu)化分析和驗證。最終通過對風速，負載電阻，壓電貼片尺寸規(guī)格等因素分析發(fā)現(xiàn)，在一定的風速下，合理選擇負載電阻和壓電貼片尺寸規(guī)格可以使其最大程度的兼顧減振效果最好，輸出功率最大和材料最大利用率。為了驗證前面建立的數(shù)學模型和有限元仿真的正確性，設計和制作了直流壓風式低速小型風洞，并編寫一套數(shù)據采集程序構成一個實驗系統(tǒng)，采用該實驗系統(tǒng)對平板壁