混合式三稳态压电能量俘获器动力性能分析.pdfVIP

第32卷第1期安徽建筑大学学报Vol.32No.1

2024年2月JournalofAnhuiJianzhuUniversityFeb.2024

DOI：10.11921/j.issn.2095-8382

混合式三稳态压电能量俘获器动力性能分析

1，211，2

唐礼平，胡庆南，韩婷婷

（1.安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥230601；2.安徽省BIM工程中心，安徽合肥230601）

摘要：为了提高压电能量俘获器在低强度外界激励下的俘能表现，基于三稳态压电悬臂梁能量俘获器模型，在U

形框架和基底之间以及压电悬臂梁固定端与U形框架之间分别装置一个弹性放大器，提出一种混合式三稳态压电

能量俘获器（TPEH+DEM）模型。基于Hamilton原理建立了TPEH+DEM系统的非线性力电耦合运动方程，并利用谐

波平衡法分析了弹性放大器的质量和弹簧刚度、磁铁之间相对距离、负载电阻等对TPEH+DEM系统能量收集水平

的影响。结果表明：在一定的外界激励频率范围内，TPEH+DEM系统的响应输出功率存在两个峰值，合理调节弹性

放大器的质量和刚度能使系统在较低的外界激励强度下进入阱间运动，产生很高的输出功率。相比于仅带有弹性

基底的传统三稳态压电能量俘获器，TPEH+DEM模型在低频外界激励下具有更好的俘能表现。

关键词：压电能量俘获器；力电耦合；弹性放大器；谐波平衡法；阱间运动

中图分类号：O322文献标志码：A文章编号：1672-2337（2024）01-068-07

DynamicPerformanceAnalysisofHybridTri-stablePiezoelectricEnergyHarvester

1，211，2

TANGLiping，HUQingnan，HANTingting

（1.CollegeofCivilEngineering，AnhuiJianzhuUniversity，Hefei230601，China；

2.BIMEngineeringCenterofAnhuiProvince，Hefei230601，China）

Abstract：Toimprovetheenergyharvestingperformanceofthepiezoelectricenergyharvesterunderlowexternalexcitationlevel,based

onthemulti-stablepiezoelectriccantileverenergyharvestermodel,twoelasticamplifierswererespectivelyinstalled,onewasinstalled

betweentheU-shapedframeandthesubstrate,andtheotherwasinstalledbetweentheU-shapedframeandthefixedendofthe

cantileverbeam.Hence,ahybridtri-stablepiezoelectricenergyharvester(TPEH+DEM)modelwasproposed.Thenonlinearelectro-

mechanicalcouplingequationoftheTPEH+DEMsystemwasestablishedbyusingHamiltonprinciple.Theinfluencesofthemassratio

andspringstiffnessratioofthetwoelast