1、雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)是一種利用正壓電效應將環(huán)境中的振動能轉換為電能的新型獨立自供電裝置。雙穩(wěn)態(tài)發(fā)電系統(tǒng)在運動中產生較大變形,為保證雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁模型與實際模型相對應,需要建立更為符合實際情況的雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁數學模型。雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力與壓電振子的運動形態(tài)密切相關,高能軌運動是發(fā)電過程中希望得到的運動形式,因此如何讓高能軌運動在低寬頻下產生,以及系統(tǒng)參數對其有何影響,成為本文重點研究問題之一。與此同時,為更加深刻的認識雙

2、穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電系統(tǒng)整體及局部動力學行為,了解系統(tǒng)參數對系統(tǒng)發(fā)電能力的影響,對雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電系統(tǒng)進行復雜動力學分析是本文重點研究之二。
　　針對以上問題,本文主要通過理論建模、數值仿真和解析分析方法對影響雙穩(wěn)態(tài)壓電懸臂梁發(fā)電系統(tǒng)的響應特性、發(fā)電效率的相關參數進行了研究,對雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電系統(tǒng)的設計和應用具有指導意義。本文工作內容主要包括以下幾個方面:
　　(1)首先綜述了國內外研究學者對壓電懸臂梁系統(tǒng)的研究現狀,針對本文所要研究的

3、問題做了簡要的概括。
　　(2)針對雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁壓電振子,考慮懸臂梁在變形過程中產生的大變形對系統(tǒng)非線性的影響,應用哈密頓原理建立了壓電雙穩(wěn)態(tài)懸臂梁的大變形動力學模型,并得到了系統(tǒng)的無量綱方程。
　　(3)大幅運動在雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電中具有突出優(yōu)勢,為探究大幅運動在寬低頻條件下產生的影響因素,對無量綱方程進行了諧波平衡分析。研究不同激勵水平、幾何非線性相關系數、機電耦合項、負載電阻對系統(tǒng)周期響應的影響。發(fā)現雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電系統(tǒng)的幅

4、值響應存在跳躍現象,并呈現軟特性;多解和跳躍現象基本集中在低頻段,這一特點與環(huán)境的低頻特征相符;幾何非線性使系統(tǒng)解的個數增多,可以將系統(tǒng)的周期解從低能解吸引到高能解上來;機電耦合系數對近似解共振峰有很大影響,可以通過調解系統(tǒng)的機電耦合性能,使其適應環(huán)境的低寬頻特性;數值部分驗證了解析解關于最優(yōu)負載對系統(tǒng)輸出功率的影響。
　　(4)對無量綱化處理后的機電耦合方程,應用Matlab對該系統(tǒng)進行數值仿真分析。分別討論了系統(tǒng)激勵、負載阻抗

5、、大幅周期運動和大幅混沌運動、大變形非線性對系統(tǒng)響應的影響:發(fā)現該模型具有豐富的動力學特性;激勵一定的情況下,系統(tǒng)存在最優(yōu)阻抗使系統(tǒng)輸出功率最大;在相同的激勵下,大幅周期運動的發(fā)電能力優(yōu)于大幅混沌運動;幾何非線性使系統(tǒng)產生更加豐富的動力學行為,通過改變梁長可以使系統(tǒng)處在所希望的大幅周期運動中,從而提升發(fā)電能力。
　　綜上所述,本文較為全面地分析了雙穩(wěn)態(tài)壓電發(fā)電系統(tǒng)在考慮幾何非線性后的動力學響應特性,并針對影響系統(tǒng)發(fā)電能力的相關參數