双激励压电悬臂梁的力电响应分析

摘要：

压电能量收集器因其结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、能够在较低的频率收集振动能等优点,在机械、电子和航空航天等领域具有良好的应用前景.针对提高压电振动能量收集器发电效率的动力学设计,旨在研究双激励环境下压电悬臂梁的力电响应特性.根据Euler-Bernoulli梁理论、压电材料本构关系以及克希霍夫定律,建立双激励压电悬臂梁的机电耦合动力学模型.在此基础上,应用Galerkin法与模态叠加原理推导压电悬臂梁的力电响应表达式,建立根部应变与输出电压的关系模型.测试不同参数下单/双激励压电悬臂梁的力电响应特性,验证理论推导的合理性.最后,分析相位对双激励下压电悬臂梁输出电压的影响.结果表明:压电悬臂梁在双激励下的应变幅频响应变化规律与电压响应规律基本吻合;双激励下压电悬臂梁的力电响应曲线均呈现先增大,在接近共振频率达到极值时减小的变化趋势;激励幅值的增大导致压电悬臂梁的刚度和共振频率降低,试验测得的压电悬臂梁最大频率降为1.5 Hz;调节2种激励信号的相位,会影响输出电压响应,而且在一个周期内呈先减小后增大的趋势.

关键词：压电悬臂梁、力电响应、双激励、能量收集

所属期刊栏目：51

分类号：TN384(半导体技术)

资助基金：国家自然科学基金51965042

在线出版日期：2023-06-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：51-57