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新型多层悬臂梁压电发电装置发电性能研究
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TN836[电子电信—信息与通信工程]
  • 作者机构:[1]扬州大学机械工程学院,扬州225127
  • 相关基金:国家自然科学基金资助项目(51275447).
中文摘要:

为了提高压电发电装置的发电能力,设计一种新型蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置。基于ANSYS12.0有限元软件,建立三层悬臂梁压电发电装置的有限元模型,对装置进行了静力分析以及模态分析。有限元分析结果表明,该多层发电装置每一层的应力和变形规律基本一致,符合悬臂梁结构的典型特征。在此基础上,建立单层悬臂梁的压电耦合有限元模型,分析每一层悬臂梁模型的固定端(基座)在承受外界激励载荷作用时的电压分布和电压响应曲线。制作了三层压电发电装置,并对装置的应力、固有频率和开路输出电压进行了试验测试,试验测试结果与仿真结果基本吻合。对单层压电悬臂梁在不同外界激振频率和振幅作用下的发电性能影响规律进行了试验与仿真研究。结果表明:该蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置在受到频率为38Hz,振幅为1.25rnnl的环境振动载荷作用时,具有最佳的发电性能。

英文摘要:

In order to improve the generating performance of piezoelectric generator, a novel piezoelectric generator with multilayer cantilever beams is designed, and the finite element model with three-layer cantilever beams is established based on ANSYS 12.0 for static analysis and modal analysis. The results of the simulation show that the piezoelectric cantilever beams have a consistent stress and vibration rule and conform to structural characteristics of the typical cantilever beam. On the basis of this, electromechanical coupling model is established to analyze the nephogram and fluctuation curve of voltage with outside incentive load on the fixed end (base) of each layer of cantilever beam. Physical device with three-layer beams is manufactured to test the stress, natural frequency and output voltage. It can be found that the experimental results coincide well with the simulation ones. Generating performance influence on piezoelectric unimorph cantilever with different vibration frequency and amplitude is investigated by experimental and simulated methods. The results indicate that the novel piezoelectric generator with multilayer cantilever has the optimal generating performance with an environmental vibration frequency of 38 Hz and amplitude of 1.25 mm.

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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603