近年来,随着微电子技术和无线技术的发展,手持型电子设备和无线传感器进入了小型、低功耗化的时代,传统电池已不再适用这些设备的需要,这就需要探索高效的自供电系统。而振动能是环境中最普通的一种能源,环境中的振动无处不在,对其采集加以利用显得尤为重要。其中基于压电效应的振动能源采集技术作为新能源领域的一大亮点近年来备受关注。压电振动能量采集器具有结构简单、能量密度高、寿命长等优点,在自供电系统中有着较为广阔的应用前景。本课题以L型悬臂梁结构压电能源采集器为研究对象,分析其发电效应与非线性动力学特性。本文研究对象为L型压电悬臂梁结构,将L型压电悬臂梁与端部带有质量块的直梁结构的发电能力进行对比,分析其发电优势;研究各参数对L型压电悬臂梁发电能力的影响;进一步对L型压电悬臂梁进行结构优化,最终得到双稳态倒置L型压电悬臂梁结构。分析各因素对双稳态倒置L型压电悬臂梁的发电性能的影响。对比研究双稳态倒置L型压电悬臂梁与传统双稳态直梁结构的发电效应与动力学响应,分析双稳态倒置L型梁的发电优势。进一步对双稳态倒置L型梁的非线性动力学进行了实验研究。推导双稳态倒置L型压电悬臂梁的动力学方程,进行数值分析,研究其发电特性与动力学特性,并将理论结果与实验结果进行对比分析。论文的主要研究内容分为以下几个部分:(1)比较L型压电悬臂梁与端部带等质量块的直梁发电能力的强弱,研究各参数对L型压电悬臂梁发电能力的影响。设计一系列L型梁优化模型,得到最优结构—双稳态倒置L型梁结构;进一步研究研究外激励振幅、外激励频率、自身尺寸、磁间距等因素对该系统发电能力的影响。(2)双稳态倒置L型压电悬臂梁与传统双稳态直梁的对比实验研究。建立了形成双稳态机制的磁力模型。主要对比分析了两种双稳态结构的发电特性与动力学响应,分析双稳态倒置L型梁的发电优势。(3)双稳态倒置L型梁的非线性动力学研究。主要从三个大的方面来研究系统的非线性特性,即双稳态特性、刚度特性以及复杂的动力学行为。首先通过实验的角度解释了系统的双稳态特性。然后通过电压和位移的正逆扫频实验研究了系统的跳跃现象,也就是系统的刚度特性;最后重点研究不同因素对系统动力学行为的影响。此外,研究了动力学行为与电学行为之间的关系以及磁间距和外激励幅值对系统混沌动力学及电学行为的影响。(4)应用Lagrange方程建立双稳态倒置L型梁的动力学方程。利用数值方法研究双稳态倒置L型梁结构的周期和混沌运动,研究不同参数对系统动力学响应以及压电发电的影响,并与实验结果进行对比分析。