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压电—气动隔振器的俘能与振动特性研究

作者:千赢国际首页登录网址 来源:本站原创 日期:2020-06-17 09:04 点击: 

  压电—气动隔振器的俘能与振动特性研究_物理_自然科学_专业资料。压电—气动隔振器的俘能与振动特性研究 压电陶瓷作为一种新型材料有诸多优点,包括机电耦合性能好、无电磁干扰、 易集成、高能量密度、响应快等等。基于以上优点,可有效回收多种能量发电, 如振动能、流体能、人

  压电—气动隔振器的俘能与振动特性研究 压电陶瓷作为一种新型材料有诸多优点,包括机电耦合性能好、无电磁干扰、 易集成、高能量密度、响应快等等。基于以上优点,可有效回收多种能量发电, 如振动能、流体能、人体运动能、机械设备旋转动能等等。 上述领域的压电俘能装置虽然结构、原理和应用场合不同,但都充分展现了 压电材料在能量回收方面的光明前景。此外,除了利用其发电外,特别是振动发电 的系统,其振动控制技术也逐渐成为另外关注的重点,并开始逐步形成一个压电 发电与振动控制一体化的新领域。 本文提出一种压电-气动隔振器,同时研究分析了其俘能与振动特性,其原理 为通过气体传递环境中的振动能量激励压电振子发电,同时隔振器在弹簧以及系 统内气体的共同作用下实现减振。提出了压电-气体耦合发电并抑制振动的新理 论与新方法,通过改变激励频率、系统背压、附加质量等参数对隔振器的工作性 能进行调节,实现了低频、宽频带、高强度的能量回收和成本低、通用性较强、 低功耗的减振特性,为压电发电与振动抑制技术一体化的新领域奠定基础。 本文的主要研究内容如下:1、研究了压电振子在空气环境下的振动以及能 量转换特性,分析了结构、外界条件对其发电特性的影响。建立了换能器中圆形 双晶压电振子在空气压力作用下产生变形的数学模型,从模型的公式推导中确定 了对压电振子振动特性有影响的参数。 设计了两种不同结构的换能器:驱动传感一体式与驱动传感分体式,分别进 行了相关基础试验研究,研究了激励频率、腔内背压以及腔体连通条件对两种不 同结构的换能器俘能与振动特性的影响规律。2、统筹考虑压电-气动隔振器中的 流固耦合关系,建立了压电-气动隔振器的整体理论模型,通过模拟与仿真分析, 从理论上获得与其俘能、振动特性相关的参数。 根据压电学、流体力学及振动力学等相关知识,推导出隔振器中附加质量的 相对、绝对位移公式以及压电振子输出电压公式,确定了对隔振器俘能与振动特 性有影响的因素有外部激励频率、系统背压、附加质量等参数,模拟仿真了在不 同激励频率、系统背压、附加质量下压电-气动隔振器的工作性能的变化规律, 为后续开展试验奠定了理论基础。3、对隔振器相关部件进行了设计制作,搭建试 验平台,并进行了综合试验。 通过压电-气动隔振器试验平台,开展了对其俘能与振动特性的试验研究。试 验结果表明:通过附加质量和系统背压的相互配合,存在一个最佳工作频率使隔 振器在实现优良俘能效果的同时获得良好的减振特性,试验结果与理论分析一致, 证明了通过流固耦合作用实现同步发电与抑振这种新方法的可行性。

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