面内压电振动能量采集放大机理与动力学设计方法研究
结题报告
批准号:
11802091
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
28.0 万元
负责人:
邹鸿翔
依托单位:
学科分类:
A0707.神经与智能系统动力学
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
关跃奇、白泉、杨博文、李莺珏
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中文摘要
压电振动能量采集器因其体积大、环境适应性差和输出功率低等问题,严重制约了器件的发展及其应用。为了提高输出功率,减小器件所需空间范围,便于集成到微小型电子设备,本项目拟开展面内压电振动能量采集的动力学设计理论与方法方面的研究,揭示平面型弯张压电结构的放大机制与能量转换机理,研究面内屈曲结构的双稳态跳变机制,研究振动能量采集系统的非线性动力学特性,提出面内弯张结构与屈曲结构之间关联耦合的多模态设计准则和分析方法,研究谐波、随机和脉冲等复杂激励作用下面内压电振动能量采集器件的动力学演化规律和俘能性能。本项目将为俘能-传感一体化设计及应用提供理论依据和技术支持,具有重要的学术价值和应用前景。
英文摘要
The applications of piezoelectric vibration energy harvester have been restricted by its large volume, poor environmental adaptability and low output power in many fields. In order to increase the output power and reduce the required three-dimensional space, this project aims at the research of dynamic design theory of in-plane piezoelectric vibration energy harvesting, which can be integrated into the micro-electronic devices easily. The mechanism of magnification and energy conversion of a planar piezoelectric flextensional structure will be studied. The bistable transition mechanism of the in-plane buckling structure will be revealed. The nonlinear dynamic characteristics of the vibration energy harvesting system will be investigated. The multi-modal design criteria for the coupling between flextensional and buckling structures will be proposed. The dynamic characteristics and performance of vibration energy harvesting devices under harmonic, random and impulsive excitation will be analyzed and discussed. This project will provide theoretical basis and technical guarantee for the design and application of harvesting-sensing integration, which has important academic value and application prospect.
为了提高输出功率,减小器件所需空间范围,便于集成到微小型电子设备,本项目开展了面内压电振动能量采集的动力学设计理论与方法方面的研究,揭示了平面型弯张压电结构的放大机制与能量转换机理,研究了面内屈曲结构的双稳态跳变机制,研究了振动能量采集系统的非线性动力学特性,提出了面内弯张结构与屈曲结构之间关联耦合的多模态设计准则和分析方法,为了提高输出功率与工作频宽,设计了具有双稳态与力放大机制的面内压电振动能量采集器。考虑弯张小变形,通过能量法建立了面内压电振动能量采集器的机电耦合动力学模型。研究了谐波、随机和脉冲等复杂激励作用下面内压电振动能量采集器件的动力学演化规律和俘能性能。分析了关键设计参数对面内压电振动能量采集器性能的影响,数值仿真了面内压电振动能量采集器在简谐激励下的俘能性能。结果表明,通过合理的设计,面内压电振动能量采集器可以低频、宽频弱激励下有效俘获能量。相关研究成果在国内外学术期刊上发表论文13篇,申请国家发明专利并授权5项。面内压电振动能量采集设计方法有利于推动便携式、可穿戴式自供能等方面的应用和产业化。本项目将为俘能-传感一体化设计及应用提供理论依据和技术支持,具有重要的学术价值和应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.6052/0459-1879-21-374
发表时间:2021
期刊:力学学报
影响因子:--
作者:邹鸿翔;郭丁华;甘崇早;唐曙光;袁俊;魏克湘;张文明
通讯作者:张文明
DOI:10.1016/j.ymssp.2021.108637
发表时间:2021-11
期刊:Mechanical Systems and Signal Processing
影响因子:8.4
作者:Lin-Chuan Zhao;Hong-Xiang Zou;Zhi-Yuan Wu;Qiu-Hua Gao;Ge Yan;Feng-Rui Liu;Ke-Xiang Wei;Wen-Ming Zhang
通讯作者:Wen-Ming Zhang
A magnetically coupled bistable piezoelectric harvester for underwater energy harvesting
用于水下能量收集的磁耦合双稳态压电收集器
DOI:10.1016/j.energy.2020.119429
发表时间:2021-02
期刊:Energy
影响因子:9
作者:邹鸿翔
通讯作者:邹鸿翔
DOI:10.19636/j.cnki.cjsm42-1250/o3.2019.020
发表时间:2019
期刊:固体力学学报
影响因子:--
作者:邹鸿翔;张文明;魏克湘
通讯作者:魏克湘
DOI:10.1063/5.0014484
发表时间:2020-07-27
期刊:APPLIED PHYSICS LETTERS
影响因子:4
作者:Wang, Qiong;Zou, Hong-Xiang;Zhang, Wen-Ming
通讯作者:Zhang, Wen-Ming
能量采集机电系统动力学设计理论与调控方法
  • 批准号:
    2025JJ20012
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    邹鸿翔
  • 依托单位:
低频波浪能量收集系统整流调控机制与动力学特性研究
  • 批准号:
    12172127
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    邹鸿翔
  • 依托单位:
海洋环境小型风-浪能量采集动力学设计理论与实验研究
  • 批准号:
    2020JJ3019
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    邹鸿翔
  • 依托单位:
压电振动能量采集的扁平化设计与特性研究
  • 批准号:
    2019JJ50099
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    邹鸿翔
  • 依托单位:
国内基金
海外基金