微电子设备和无线传感器网络的不断发展,对可持续供能电源的需求日益明显,基于环境振动的压电式俘能器由于能量采集效率高、易于加工、没有电磁干扰和容易集成等诸多优点,具有良好的研究前景。对于压电式俘能器而言,施加轴向预载不仅可以降低俘能结构的谐振频率,还可以通过调节载荷增加俘能带宽,更好的匹配随机的环境振动。然而,目前对预载压电俘能器的理论研究尚不完备,缺乏对最优输出功率、匹配电阻等重要俘能指标的定量描述,对施加轴向预载的压电俘能器的俘能机理难以准确把握。基于以上问题,为了更好地揭示预载压电俘能器的俘能特性,本文以施加预载的压电双晶梁式俘能器为主要研究对象,通过数学建模、理论分析、仿真验证和参数分析等研究方法,对预载压电双晶梁式俘能器的俘能机理进行了系统的分析研究。主要工作和研究成果如下:（1）基于Euler–Bernoulli梁理论和一些基本假设,结合Hamilton变分原理,推导了预载压电梁的力电耦合方程,使用伽辽金法和多尺度法,得到了幅频响应方程和位移、电压、平均输出功率的渐进解析解。由幅频响应方程出发,通过进一步的理论分析,给出了短路开路谐振频率、开路电压幅值、最优输出功率和匹配电阻的具体表达式,完成了对预载压电梁相关俘能指标的定量描述。理论结果表明:结构的谐振频率偏移量与机电耦合系数的平方成正比,与等效电容和无阻尼固有频率成反比。开路电压幅值与机电耦合系数、外激励幅值成正比,与等效电容、阻尼比和无阻尼固有频率的平方成反比。最优输出功率与外激励幅值的平方成正比,与阻尼比和无阻尼固有频率成反比。（2）结合COMSOL Multiphysics建立了压电双晶梁式俘能器的有限元分析模型,并给出了具体的仿真设置流程,通过仿真结果、相关文献实验结果与本文理论计算结果进行对比,验证了本文理论的有效性。基于本文理论,探究了不同参数下俘能指标的变化情况,参数分析的结果表明:预载可以提高力电耦合效应从而增大开路电压幅值和最优输出功率。预载会增加结构非线性,而非线性不会影响结构的响应幅值,但会降低响应幅值对应的谐振频率。预载的增加对小负载电阻的电压幅值影响不大,但会显著提高大负载电阻的电压幅值,尤其是开路电压幅值。在无预载或定比载荷下,俘能指标具有相同的变化规律。（3）仿真设计了一种新型俘能结构,仿真分析表明,相比同长度下普通压电梁式俘能结构,新型俘能结构的最优输出功率提高了一个数量级,功率体积密度提高了194.3%。通过施加预载的方式对新型俘能结构的俘能效率进行了进一步提高,结果表明,在一定的预载组合下,开路电压幅值提高39.8%,俘能带宽提高66.7%,最优输出功率和功率体积密度提高24.2%。本文的相关理论和有限元分析模型有望为相应的预载压电梁式俘能器的设计提供科学的指导。