【摘 要】
：
近年来,随着无线传感网络的快速发展,以及在环境监测、智慧城市、物联网和国家安全等领域的广泛应用,供电问题已成为制约其进一步发展的共性技术瓶颈,环境动能能量收集器是解决无线传感网络节点供电问题的有效途径。论文针环境动能能量收集器存在的工作频带窄、环境适应性差等问题,开展相应的理论与实验研究,具有重要的科学意义和应用价值。论文针对线性振动能量收集器频带宽度难以满足实际应用需求的关键问题,提出了基于双端
论文部分内容阅读
近年来,随着无线传感网络的快速发展,以及在环境监测、智慧城市、物联网和国家安全等领域的广泛应用,供电问题已成为制约其进一步发展的共性技术瓶颈,环境动能能量收集器是解决无线传感网络节点供电问题的有效途径。论文针环境动能能量收集器存在的工作频带窄、环境适应性差等问题,开展相应的理论与实验研究,具有重要的科学意义和应用价值。论文针对线性振动能量收集器频带宽度难以满足实际应用需求的关键问题,提出了基于双端固支梁的非线性电磁式振动能量收集器结构。针对集中参数模型忽略动力学变形和静力学变形区别的问题,建立了分布参数模型,证实了双端固支梁的几何非线性为三次非线性,发现强非线性在拓展电磁式振动能量收集器频带宽度时不会影响其最大输出电压。论文还提出了一种非对称拾振结构,实验表明:该结构能够提升非线性电磁式振动能量收集器52%的最大开路电压和133%的最大平均功率。基于分布参数模型,论文进一步开展了基于双端固支梁的非线性电磁式风致振动能量收集器理论探索,结合Theodorsen平板气动力,建立了全模态参与的颤振运动方程,发现基于双端固支梁的非线性电磁式风致振动能量收集器的颤振为弯扭耦合颤振,计算了颤振临界风速。完成了能量收集器的结构优化设计,制作了原理样机,搭建了测试平台,完成了样机的输出性能测试,测试表明:振动能量收集器样机在1 g加速度下的最大开路电压和最大平均功率分别为3.61 V和1.78 m W,频带宽度为11 Hz;风致振动能量收集器样机的颤振临界风速为6.5 m/s,输出功率随着风速的增加而增加,在11.2 m/s的风速下,样机的平均功率可达971μW。论文的主要工作是:（1）介绍了论文的研究背景和研究现状,分析了环境动能能量收集器存在的关键科学与技术问题,确定了论文的研究目标和主要研究内容;（2）提出了基于双端固支梁的非线性电磁式振动能量收集器结构,开展了相应的机电耦合理论研究,指出了集中参数模型存在的不足,建立了分布参数模型,分析了能量收集器的主要技术指标,研究了非线性系数、加速度、阻尼比对能量收集器谐振频率、最大开路电压以及频带宽度的影响;（3）开展了基于双端固支梁的非线性电磁式振动能量收集器的结构优化设计,制作了原理样机,搭建了振动测试平台,完成了样机的输出性能测试,验证了分布参数模型,并提出了一种非对称拾振结构,该结构能够有效提升非线性电磁式振动能量收集器的最大开路电压和最大平均功率,但降低了频带宽度;（4）分析了基于双端固支梁的非线性电磁式风致振动能量收集器可能发生的颤振形式,基于分布参数模型和Theodorsen平板气动力,建立了全模态参与的颤振运动方程,发现基于双端固支梁的电磁式风致振动能量收集器的颤振为弯扭耦合颤振;（5）基于颤振运动方程,开展了基于双端固支梁的非线性电磁式风致振动能量收集器的结构优化设计,制作了原理样机,搭建了风洞测试平台,完成了样机的输出性能测试与分析,结果表明:与l1=25 mm样机相比,中心永磁体样机的临界风速降低了约32%。
其他文献
相变微胶囊是一种使用有机或无机材料作为外壳,相变材料为芯材具有核壳结构的微米尺度相变储能材料。由于外壳对内部相变材料的保护作用,相变微胶囊能够克服相变材料易泄漏、相变前后体积变化大和易燃等问题,同时相变微胶囊的充放热速率受胶囊尺寸减小和换热比表面积增大的影响得到显著提高。这些优点使得相变微胶囊在工业余热回收、建筑节能、智能纺织、电子散热、太阳能热利用等领域具有广阔的应用前景。目前,国内外对于相变微
随着移动互联网和物联网技术的高速发展,位置服务越来越受到各行各业的关注,并在医疗救护、物流跟踪、旅游娱乐等诸多室外领域得到广泛应用,融合了无线通信、微电子和嵌入式计算等技术的移动智能终端设备的广泛普及,进一步促使位置服务的应用领域从室外扩展到室内,诸如机场、医院、博物馆、购物中心等大型室内场景对位置服务均具有较高的应用需求。在复杂多变的大型室内位置服务应用场景中,受室内环境复杂多变、人员流动、智能
随着电动汽车、智能电网及便携式智能电子设备等领域的发展,提高现有电化学储能器件的电化学性能及设计新型的器件已成为目前的研究热点。为了实现上述目标,大量的工作集中于纳米活性材料的研发。然而,较高的成本及严重的副反应,制约了纳米材料的实际应用。针对双电层碳材料及过渡金属硫化物材料的电化学储能原理及存在的问题,本论文研究了活性材料的电化学调控方法,获得了兼具高能量、高功率、高能效及长寿命的锂离子电容器及
复杂工业过程存在反应机理复杂、原料成分波动大、时滞大和耦合性强等问题,所以复杂工业过程优化问题通常难以建立数学模型。比如电熔镁炉采用埋弧方式,电极埋入原料中边熔化边加料,所以难以建立以熔化电流为决策变量单吨能耗为性能指标的优化模型。此外,复杂工业过程通常包括多个生产设备或过程,面临效益、质量、环境以及安全等多方面的挑战。比如电熔镁砂生产企业采用多台群炉的生产方式,每台炉的最佳熔化电流决策涉及到产品
世界范围内机动车数量的快速增长加剧了能源消耗以及环境污染。同时面对新能源汽车对车身减重的急迫需求,汽车轻量化已成为一项紧迫的全球倡议,进而加速了高强汽车用钢的研发。同时考虑到汽车用钢的成本、成形性能、碰撞安全性能等因素,这给汽车用钢提出了更高的要求。其中中锰钢因其优异的综合力学性能被认为是最具有潜力的汽车用钢候选材料之一而受到了广泛研究。与此同时,为了满足汽车用钢不断提升的高强塑性能需求,实现中锰
分布式电驱动因凭借其动力链短、响应快速可控、容易获得更高驱动效率等优点已经成为电动汽车的研究热点之一。因控制自由度的增加,可获得更高的操纵稳定性和能量效率的同时,也增加了控制的难度。控制难度一方面体现在四个车轮驱/制动的协调性,另一个方面体现在对车辆状态参数的敏感性。因此,基于车辆状态参数估计方法,研究分布式电驱动汽车的操纵稳定性控制和能量效率优化具有重要的理论意义和应用价值。本文在国家自然科学基
四杆机构是一类十分重要的机械机构,许多工作过程需要连杆上的描点沿着不同的路径运动,这些路径可以是直线的或者具有非常复杂的形状。无论路径形状如何,都很难设计出能够精确实现期望运动轨迹的机构,轨迹综合（Path Synthesis）的主要目的是找到一个平面四杆结构,使得连杆机构上的点能沿某一预先给定的路径行走。优化方法可以有效地解决路径综合问题,它的主要优点是易于实现,并且不需要深入了解问题的搜索空间
近年来,随着物联网的兴起,各个国家建设智慧城市的步伐日益推进。在智慧城市中,对高速移动的无人机、车辆等实现自组通信可以增强服务功能,扩大服务范围,更好的为人们提供服务。以无人机自组网（Flying Ad Hoc Network,FANET）和车载自组网（Vehicular Ad-Hoc Network,VANET）为代表的高动态自组网得到了广泛应用。实现稳定、准确的数据传输是此类高动态自组网部署和
我国页岩气资源非常丰富,技术可采储量约21.8万亿立方米,高效开发我国页岩气资源可以缓解国内天然气能源的供给问题。目前,页岩气的开发主要有水力压裂和无水压裂技术,其中超临界CO2（SC-CO2）强化页岩气开发是一种无水压裂技术,近些年受到国内外学者的广泛关注,该方法不仅可以避免常规水力压裂技术带来的水资源消耗巨大、环境污染严重和页岩储层伤害等一系列问题,还能达到封存CO2和促进页岩气回收（CS-E
三维两波数气动导纳可描述紊流三维效应对抖振力非定常特性的内在机理,对于大跨度桥梁的抖振响应精细化分析具有重要意义。以往的相关研究多是针对零攻角条件,忽略了紊流纵向脉动成分对抖振升力的贡献。而在非零攻角条件下,紊流纵向、竖向脉动成分对抖振力的贡献均不可忽略,因此有必要开展非零攻角下的钝体断面三维气动导纳研究。另一方面,二维气动导纳是两波数气动导纳在片条假定条件下的特解,对于跨宽比较大的桥梁,其可简化