压电振动能量采集器在传统电力供电网不能直接提供电能的无线传感、嵌入式医疗、微机电、物联网器件等低功率设备供电中具有广泛的应用前景,其中分段悬臂梁采集器具有低频、宽带、微尺寸和多向高效采集等潜在优点成为研究热点。然而,目前分段器件分布参数模型不具一般性,不能满足变截面、多质量块、变角度等复杂结构器件的电极优化配置、性能预测、结构设计及宽频调节机理分析。为此,本文基于压电本构方程、欧拉伯努利梁理论和传递矩阵理论展开分段悬臂梁采集器广义分布参数解析建模与特性分析研究,研究表明所建模型的有效性和广泛适用性,可为低频、多向、时变振动的宽频高效分段角梁采集器的设计和应用提供理论支持。本文主要研究工作如下:1.为了改善传统采集器性能,提出连续和分割电极的分段多质量块压电采集器。基于压电本构方程、欧拉–伯努利梁理论和状态向量传递理论,采用局部坐标系法,推得到了分段器件的传递矩阵模态分析式,建立了并联电路连续电极和独立电路分割电极这两种器件的分布参数机电耦合模型,给出了其频率特性解析表达式。2.利用所建立的分段多质量块压电采集器模型对器件进行了性能预测和优化设计。计算结果、实验结果与经典模态解的比较表明该模型的有效性。仿真结果表明所设计的分割电极器件有宽频发电特性,证实了模型能揭示分段数、应变节点、质量块、负载电阻等关键参数对器件的影响,可指导器件的电极优化配置。3.针对目前分布参数模型不具一般性,推导了悬臂角梁单元的惯性力及力电方程,推得了考虑纵向和横向振动相互转化的“通用”传递矩阵模态分析式,建立了纵横耦合振动的分段悬臂角梁压电采集器广义分布参数解析模型。依据具体器件结构,将所建模型化简,与现有悬臂直梁、扇状折叠梁、L梁和Zigzag梁这4种构型器件的模型对比,表明该建模方法的广泛适用性和优越性。4.采用有限元软件COMSOL建立了轻型扇状折叠梁、变角度L梁这两种分段压电能量采集器的数值模型,并结合所建器件广义分布参数解析模型,对这两种器件的位移模态振型、应变分布、固有频率、输出电压和功率频率响应等进行了综合性能比较分析研究,证实了有限元模型和解析模型的正确性,归纳总结了器件机械振动和发电特性变化规律,表明了所建模型对于复杂分段角梁器件的整体性能预估、设计、控制和使用具有重要的指导作用。