多場耦合條件下壓電俘能器設計理論及應用

第1章 概述1
1.1 新型能量俘獲技術需求與利用1
1.2 振動能量俘獲技術概述2
1.3 壓電式振動能量俘獲技術研究進展6
1.3.1 從單方向到多方向6
1.3.2 從線性到非線性11
1.3.3 從簡諧激勵到隨機激勵15
1.4 本書結構及主要內容16

第2章 壓電式能量俘獲技術基礎知識18
2.1 壓電材料基礎知識18
2.1.1 正/逆壓電效應18
2.1.2 壓電方程19
2.1.3 壓電材料21
2.2 梁的建模與模態(tài)分析22
2.2.1 Euler Bernoulli梁理論22
2.2.2 梁的彎曲振動23
2.2.3 梁的模態(tài)分析25
2.3 Lagrange機電耦合方程29
2.3.1 虛功原理29
2.3.2 Hamilton原理30
2.3.3 Lagrange方程31
2.4 本章小結32

第3章 懸臂式線性壓電俘能器機電模型構建34
3.1 引言34
3.2 線性壓電俘能器集中式參數(shù)建模34
3.3 線性壓電俘能器分布式參數(shù)建模36
3.3.1 力學平衡法36
3.3.2 能量守恒法39
3.4 本章小結42

第4章 懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器模型構建44
4.1 引言44
4.2 多物理場模型建立44
4.2.1 磁場模型45
4.2.2 力學模型49
4.2.3 電學模型53
4.3 壓電能量收集系統(tǒng)分布式參數(shù)機電耦合模型55
4.4 本章小結57

第5章 懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器模型解析58
5.1 引言58
5.2 簡諧激勵下系統(tǒng)模型解析方法58
5.2.1 四五階龍格庫塔法58
5.2.2 諧波平衡法61
5.2.3 增量式諧波平衡法61
5.3 隨機激勵下系統(tǒng)模型解析方法68
5.3.1 環(huán)境振動過程中隨機激勵形式68
5.3.2 蒙特卡羅模擬法71
5.3.3 FPK方程法72
5.4 有限元仿真分析法76
5.4.1 壓電俘能器有限元分析建模77
5.4.2 壓電俘能器有限元分析79
5.5 本章小結83

第6章 懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器實驗驗證85
6.1 引言85
6.2 實驗平臺搭建及實驗材料制備85
6.2.1 實驗平臺的搭建85
6.2.2 實驗材料的制備方法86
6.3 不同激勵下的俘能器實驗驗證90
6.3.1 簡諧激勵下俘能器實驗驗證90
6.3.2 隨機激勵下俘能器實驗驗證92
6.4 本章小結94

第7章 多方向壓電俘能器建模分析與實驗研究95
7.1 引言95
7.2 懸臂式多方向壓電俘能器95
7.2.1 懸臂式多方向壓電俘能器的結構設計96
7.2.2 懸臂式多方向壓電俘能器的建模分析96
7.2.3 懸臂式多方向壓電俘能器的實驗研究116
7.3 擊打式多方向壓電俘能器127
7.3.1 擊打式多方向壓電俘能器的結構設計128
7.3.2 擊打式多方向壓電俘能器的建模分析129
7.3.3 振動能量收集裝置的實驗驗證139
7.4 本章小結146

第8章 壓電俘能器的應用148
8.1 環(huán)境監(jiān)測148
8.1.1 在風速及溫度監(jiān)測方面的應用148
8.1.2 在水質監(jiān)測方面的應用149
8.2 設備狀態(tài)監(jiān)測151
8.2.1 礦井機械設備狀態(tài)監(jiān)測151
8.2.2 汽車胎壓監(jiān)測153
8.2.3 橋梁及建筑健康監(jiān)測154
8.3 可穿戴式人體能量收集技術155
8.3.1 人體行走的鞋式能量收集技術156
8.3.2 人體行走的背包式能量收集技術160
8.3.3 人體關節(jié)部位的能量收集技術162
8.4 人體醫(yī)療設備供電163
8.4.1 心臟起搏器的供電163
8.4.2 健康檢測設備供電165
8.5 本章小結167

參考文獻168