两自由度悬臂梁压电发电装置宽频发电性能.pdfVIP

第 24卷 第 7期 光学 精密工程 Vo1．24 No．7 2016年 7月 OpticsandPrecisionEngineering July．2016 文章编号 1004-924X(2016)07-1669—08 两 自由度悬臂梁压 电发 电装置的宽频发 电性能 刘祥建¨，朱莉娅 ，陈仁文。 (1_金陵科技学院机电工程学院，江苏南京211169； 2．南京师范大学江苏省三维打印装备与制造重点实验室，江苏南京210042； 3．南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏南京210016) 摘要 ：研究一种两 自由度悬臂梁压 电发 电装置 ，以提高悬臂梁式压 电发 电装置在环境振源振动频率波动情况下的发 电能 力 。建立 了两 自由度悬臂梁压 电发电装置的频率特性理论模型，并对该理论模型进行 了有限元仿真验证 ，结果显示理论 计算与有限元仿真结果基本一致。对两 自由度悬臂梁压 电发 电装置 的频率特性模型进行 了数值模拟 ，模拟显示 ：装置 的 前两阶模态频率 比随着长度 比、宽度 比、厚度 比及质量块 的质量 比的增大均 出现一个最小值 ，且在长度 比为 0．8，宽度 比 为 2．0，厚度 比为 1．0，质量块的质量 比为 0．5时，装置的前两阶模态频率比最小，结果表明通过合理设计两 自由度悬臂 梁压电发电装置 的结构参数 ，可 以使得装置 的前两阶模态频率最接近 。最后 ，实例设计 了两 自由度悬臂梁压 电发 电装 置 ，并进行了试验测试 ，证实了优化后的两 自由度悬臂梁压 电发电装置具有宽频带发电能力。 关 键 词 ：压电发 电装置 ；两 自由度悬臂梁；宽频带；频率特性 中图分类号 ：TN384：TM619 文献标识码 ：A doi：10．3788／OPE1669 Broadband generation performanceof two-degree-of-freedom cantileverbeam piezoelectricgenerator LIU Xiang-jian ，ZHU Li—ya。，CHEN Ren—wen。 (1．SchoolofMechanicalandElectricalEngineering， JinlingInstituteofTechnology，Nanjing211169，China； 2．JiangsuKeyLaboratoryof3DPrintingEquipmentandManufacturing， NanjingNormalUniversity，Nanjing210042，China； 3．StateKeyLaboratory0fMechanicsandControl0fMechanicalStructures， NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China) *C0rr8s0 gauthor，E-mail：xiangJianliu@ 126．corn Abstract：A two-degree—of-freedom cantileverbeam piezoelectricgeneratorwasexplored to improve thegeneration performanceofthe cantilever beam piezoelectricgeneratorunderthevariety ofthe ambientvibrationenergysources．Thetheoreticalmodelofthefrequencycharacteristicsofthetwo— degree-of-freedom cantileverbeam piezoelectricgeneratorwasestablishedand