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当今社会随着高科技的快速发展,萌生出大量的微机电系统(MEMS)和无线传感系统(WSS)。为了给这些能耗低、耗材少、体积小的微型装置提供能量受到越来越多的关注。本文采用悬臂式双晶片压电复合梁结构形式的压电振子制作压电发电装置。基于现实环境中振动源的多向性和低频率,以及环境中阻尼的复杂性,研究了参数激励和直接激励下悬臂梁压电俘能器的非线性俘能特性。完成的主要研究工作和成果总结如下:(1)基于Euler-Bernoulli梁假设,考虑几何非线性和梁的轴向不可伸长条件,利用力电耦合的Hamilton原理,推导了参数激励和直接激励下非线性悬臂梁压电俘能器的分布参数型运动微分方程组。利用Galerkin法将非线性偏微分方程转化为力电耦合的常微分方程组,采用多尺度法获得了压电俘能器模型的垂直位移幅值、输出电压幅值和输出功率幅值的解析表达式。利用获得的解析表达式,研究了不同的激励幅值,阻尼系数,电阻等对压电俘能器的垂直位移幅值,输出电压幅值和输出功率幅值的影响。结果表明,线性阻尼系数和电阻影响参数激励的初始阈值。将参数激励和直接激励相结合进行补偿和互补,可以充分发挥参数激励的优点,提高俘能系统的能量转换效率。(2)考虑阻尼非线性,拓展了在参数激励和直接激励作用下悬臂式压电俘能器的运动微分方程。采用Galerkin法和多尺度法获得了压电俘能器模型的垂直位移幅值、输出电压幅值和输出功率幅值的解析表达式,分析了不同的激励幅值,线性阻尼系数,非线性阻尼系数,电阻等对俘能器性能的影响。研究结果表明:在阻尼较小的情况下,频率响应曲线表现出较强的非线性硬化特性,随着阻尼增大,非线性硬化效应减弱。线性阻尼影响参数激励的初始阈值和超临界分岔点的位置,非线性阻尼不影响参数激励的初始阈值和超临界分岔点的位置。(3)利用Hamilton原理,推导了参数激励和直接激励作用下具有端部质量块悬臂梁压电双晶片俘能器模型的非线性运动偏微分方程。采用Galerkin法和多尺度法获得了具有端部质量块悬臂梁压电双晶片俘能系统的垂直位移幅值、输出电压幅值和输出功率幅值的解析表达式。分析了不同的激励幅值,阻尼系数,电阻,端部质量等对俘能器性能的影响。研究结果表明:随着端部质量块质量的增加,压电俘能系统的响应曲线由非线性硬化特性转化为非线性软化特性。二次非线性阻尼的变化不会改变频率响应曲线的非线性硬化或软化特性。端部质量块质量的引入,会显著降低压电俘能器的固有频率和增加工作带宽。增大端部质量块质量,可以在较大电阻处取得最大输出功率,让压电俘能器为大电阻微机电系统提供能量找到更好的方法。附加端部质量可以提高模型在参数激励和直接激励下的俘能效果,可以更好的发挥参数激励和直接激励同时作用的优势。