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压电—气动隔振器的俘能与振动特性研究

作者:贝博app 来源:本站原创 日期:2020-07-11 19:32 点击: 

  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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