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近年来,随着无线和微机电系统(MEMS)技术的最新进展,便携式电子产品和无线传感器的需求迅速增长,对长寿命电源的需求越来越强烈。压电俘能器不仅可以从材料中导出电能对微机电系统供电,还可以高度集成化。因此,压电俘能器在自发电俘能器系统中有广阔的应用前景。 针对双稳态板压电俘能器,本文建立了非线性动力学模型,并对其非线性动力学行为进行了研究。分析了板的尺寸,温度,压电片的铺设方式,外激振的幅值和频率等参数对双稳态板压电俘能器在动力学行为方面的影响。 本课题可以为双稳态板压电俘能器的发电原理提供理论基础,并且可以对双稳态板压电俘能器的研制优化提供理论指导,具有重要的理论和实际意义。本文的基本研究内容和主要成果有以下几个方面: (1)针对双稳态板压电俘能器,由von Karman的大变形理论同时考虑温度和压电效应的电-热-力耦合作用,应用Hamilton原理,建立了非对称复合材料层合板的双稳态板压电俘能器的非线性动力学方程。然后通过变量代换的方法,对非线性动力学方程进行了解耦,为方程进一步求解提供了便利。 (2)通过Runge-Kuta法对非线性动力学方程进行数值模拟,得到了双稳态板压电俘能器的分叉图,波形图和相图。观察得到的图形,考察了外激振力的振幅和频率对双稳态压电板非线性动力学行为的影响,并发现双稳态板压电俘能器在振动过程中存在分叉,周期,概周期和混沌等复杂的非线性动力学行为,同时考察了双稳态板压电俘能器的非线性动力学行为对输出电压的影响。 (3)改变压电材料层的铺设方式,得到了双稳态板不同铺设方式下离散后的动力学方程,同样考察了其双稳态特性和动力学行为,并研究了双稳态板压电俘能器输出电压的大小。 (4)改变双稳态复合材料层的厚度,得到了双稳态板不同厚度情况下动力学方程。通过数值模拟发现,双稳态板不同厚度条件下,所得到的输出电压有明显不同,充分说明了厚度对双稳态板压电俘能器发电效率的影响。 对双稳态压电板压电俘能器的非线性行为进行分析,得到了不同参数下的非线性动力学行为变化规律。通过本文的研究可以看出:温度效应产生的温度残余应力,压电层的铺设方式和压电效应,板的厚度,加工温度与使用温度的温度差等,都可以使双稳态板压电俘能器的振动特性和输出电压发生改变,而且不同参数对振动特性的影响是不同的。