项目名称: 浅球壳型非线性振动能量收集技术:随机理论与动态试验

项目编号: No.11302064

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2014

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 田燕萍

作者单位: 杭州电子科技大学

项目金额: 23万元

中文摘要: 电子元器件微型化导致其功耗大幅降低,从而激发了振动能量收集技术的迅猛发展。非线性能量收集技术,特别是双稳技术,在有效频宽和输出功率两方面都具有优势。本项目以浅球壳型非线性随机振动能量收集技术为研究对象,设计、表征、优化并试验验证之。该技术在理论上归结为机电耦合浅球壳的随机动态跳变机制,给出动态跳变频率和输出功率的概率特性;权衡外界振动环境的变化、平均功率及输出功率的时间分布密集度给出性能指标,在此基础上得出最优的浅壳尺寸和电极设计;通过动态试验验证其性能及优化参数的最优性。本项目首次将具本质双稳特性的浅球壳结构应用于振动能量收集,其优点在于:大的有效带宽,高的输出功率以及对微型化的适应性。研究成果发展了适宜微型化的宽带振动能量收集器件,为其工业化的实现奠定基础;并且丰富了智能连续结构的随机动力学理论。

中文关键词: 非线性振动能量收集;浅球壳;双稳;宽带随机振动;优化设计

英文摘要: Miniaturization of electronic components induces the prominent reduction of power consumption, and so triggers the boom of vibration energy harvesting techniques. Nonlinear energy harvesting techniques, especially the bistable modes, have remarkable advantages on the effective bandwidth and output power. This project designs, characterizes, optimizes and verifies the shallow spherical shell-type nonlinear energy harvesting technique through stochastic analysis and dynamical experiment. The stochastically dynamical snap-through mechanism of electro- mechanical coupling shallow spherical shell is investigated to determine the probabilistic properties of snap-through frequency and output power. The performance index is proposed through the compromise of environmental excitation, mean power and the power intensity in time domain, and then geometric parameters and electrode location are optimized. The performance and the optimality of optimal parameters are validated through dynamical experiment. It's the original thought to realize bistable energy harvesting through shallow spherical shell, and this technique has many advantages, such as large effective bandwidth, high output power and adaptation to miniaturization. This research develops the vibration energy harvesting technique which suitable to miniaturiza

英文关键词: Nonlinear vibration energy harvesting;Shallow spherical;bistable;Broadband stochastic vibration;Optimization design

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