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振动与冲击

第44卷第12期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCKVol.44No.122025

带有限位器的cut-out压电梁采集性能分析和试验

李浚超，张晓芳，姜文安，毕勤胜，陈立群

（1.江苏大学土木工程与力学学院，江苏镇江212013；

2．上海大学力学与工程科学学院，上海200444）

摘要：振动能量采集是一个热门的研究领域，已有研究工作主要集中于自由的环境空间。为适应有限狭小空间

的极端环境，设计了一种带有限位器的cut-out型压电梁采集器。该采集器由cut-out型压电梁、两对限位器和集中质量块

组成。基于压电守恒关系，建立了系统的动力学方程。利用直接数值积分方法，分析了限位器间距、系统刚度、外部激励

幅值及机电耦合系数对采集频率带宽、电压以及振幅的影响。通过与没有限位器作用的线性采集系统对比，发现合理的

限位间距和适当的刚度、加速度幅值和压电系数可以拓宽采集频率带宽，增大输出电压及功率。最后，通过试验证实了数

值分析的正确性。

关键词：限位器；碰撞；宽频带；压电能量采集

中图分类号：0322文献标志码：AD0I:10.13465/j.cnki.jvs.2025.12.008

Performanceanalysisandexperimentofcut-outpiezoelectricbeamwithlimiter

LIJunchao,ZHANGXiaofang,JIANGWenan,BIQinsheng,CHENLiqun?

(1.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,JiangsuUniversity,Zhenjang212013,China;

2.SchoolofMechanicsandEngineeringScience,ShanghaiUniversity,Shanghai200444,China)

Abstract:Vibrationenergyharvestingisahotresearchfield,andtheexistingresearchworkmainlyfocusesonthe

freeenvironmentalspace.Inordertoadapttotheextremeenvironmentoflimitedandnarrowspace,acut-outpiezoelectric

beamharvesterwithlimiterwasdesignedinthispaper.Theharvesterwascomposedofacut-outpiezoelectricbeam,two

pairsoflimitersandconcentratedmassblocks.Basedonthepiezoelectricconservationrelationship,thedynamicsequation

ofthesystemwasestablished.Theeffectsofthedistanceofthelimiter,thestiffnessofthesystem,theexternalexcitation

amplitudeandtheelectromechanicalcouplingcoefficientonthefrequencybandwidth,voltageandamplitudeofthe

acquisitionwereanalyzedbydirectnumericalintegrationmethod.Bycomparingwiththeli