华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (5): 118-126.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210218
所属专题: 2022年土木建筑工程
黄怀纬 贺万里 曹亚军
HUANG Huaiwei HE Wanli CAO Yajun
摘要: 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20N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%。
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