随着微机电系统(Micro Electro-Mechanical System,MEMS)在工业生产和实际生活中的广泛应用,传统供能方法已经无法满足微机电系统所应用的环境需要,而利用压电俘能器收集环境中的振动能量为微机电系统提供实时电能成为解决此问题的关键方法。常用的压电俘能器多为悬臂梁结构,仅当其处于共振状态下才具有可观的俘能性能,而环境中的振源频率较低,传统的降频方法存在诸多局限性。针对以上问题,本文提出两种周期结构压电振子,并对其进行理论建模与仿真分析,结果表明周期结构不仅可以提高压电俘能器的低频俘能性能,也具有良好的宽频俘能性能。对今后设计超低频高性能压电悬臂梁俘能器而言,具有一定的参考意义,本文主要研究工作如下:(1)将压电本构方程同Euler-Bernoulli梁理论相结合,推导出压电梁在外部简谐激励下的输出电压表达式,确定悬臂梁各个结构参数与输出电压之间的关系,表明压电梁在普通环境中能够生共振的必要性,为周期结构悬臂梁的研究提供理论基础。(2)构建两种周期结构压电梁的结构模型与理论模型,并利用Euler-Bernoulli假设的分布参数法分别对两种周期结构进行分析,建立并求解周期结构压电梁的振动控制方程,利用数值仿真软件与有限元软件对其前五阶模态固有频率进行求解与比较。结果表明梁段数较低时螺旋梁具有较低的固有频率,当梁段数增加至8段以上时,折叠梁拥有更低的固有频率,但折叠梁各阶模态固有频率比随梁段数的增加而增大,与环境中振源频率匹配的模态阶数较少,其宽频俘能性能不如螺旋梁。(3)分析结构周期化对压电梁性能所产生的影响,分别对周期结构压电梁进行强度分析,模态分析以及谐响应分析,对比传统单段压电梁,表明螺旋结构承载性能优于折叠结构,且均高于传统单段压电梁。同时两种周期结构模态振型均表现出良好的俘能特性,其响应电压值均高于传统单段压电梁,且在普通环境中存在多个共振响应频率,具有良好的宽频俘能性能。(4)探究周期结构梁段数与宽度,压电层与金属基板厚度比,外接负载阻值,以及压电片粘贴位置对俘能性能的影响。结果表明增加梁宽度可提高压电梁的俘能性能但会增加其固有频率,螺旋梁段数为7段时其俘能性能最佳,折叠梁俘能性能随其梁段数的增加而增加,两种结构均存在一个最佳厚度比1.13使得压电梁的俘能性能达到最佳,同时输出电压随外接负载阻值的增加而增加,并当压电层厚度为0.3mm负载阻值为10~5Ω时输出功率达到最大值。螺旋梁压电片粘贴在第二至四段压电梁时响应电压值最高,折叠压电梁压电片粘贴在第二段梁至末段梁时响应电压值最高。