由微电子系统组成的无线传感器网络已经越来越广泛地应用于各个领域,而对这些微电子设备供电则是一个比较重要的问题。为了克服使用传统电池对其进行供电时带来的各种问题,从环境中收集能量的技术被大量研究。本文主要针对于振动能量回收,主要是通过集能器或者发电机将环境中的振动能量转化为电能。为了使发电机能够适应多变的激励环境并且能够有更多的能量输出,学者们提出许多类型的宽带发电机。本文提出了一种带有曲面夹具的非线性悬臂梁(CBCF)结构,通过梁与夹具之间的逐步接触引起梁有效长度变化而实现非线性。并以CBCF结构为基础,进行了多方面的研究,主要包括以下几个部分:1、提出了一种CBCF结构,并且考虑了当夹具曲线为多项式时,选取了三组不同的多项式系数得到了三种不同类型的发电机。根据梁与夹具的接触条件分析了三个发电机的工作状态,并且推导出不同发电机所对应的刚度特性并通过动力学方程进行仿真,然后制造出了三个CBCF发电机原型并以此为基础进行实验。仿真结果与实验结果具有良好的一致性,均表明所提出的CBCF结构能够实现所需的非线性,与线性振子相比,三种不同类型的CBCF发电机的带宽与功率均有改善,并且不同夹具曲线下的发电机也具有不同的响应特点。本文所提出的发电机结构简单、紧凑,并且只要选择合适的夹具曲面形状,就可以得到任意硬化型的刚度特性,这是本文后续工作的基础。2、提出了一种刚度拟合方式进一步增大发电机的带宽。本文通过拟合具有两个不同非线性强弱程度的Duffing发电机的刚度特性,得到了一个新的发电机。该发电机的刚度打破了单个动力学方程的限制,从而综合两个Duffing源发电机的响应特点。通过将三个非线性刚度分别映射到特定的CBCF结构上,并以此为基础进行实验,发现仿真结果与实验结果一致性较好,且与两个Duffing源发电机相比,刚度拟合得到的发电机具有更大的带宽和功率。3、提出了一种非线性响应与刚度特性之间的映射方法,主要思想是在某个位移幅度下,将非线性振子的刚度特性通过其瞬时刚度、平均刚度、势能等效刚度构造出一个等效线性刚度,使得对应的等效线性振子的响应与非线性振子的响应在取得该位移时的频率基本相同。利用这个映射理论,能够较好地解释刚度硬化型振子分别在正向、反向扫频激励下响应变化的规律。通过选取多个不同类型不同非线性强弱程度的振子,本文利用提出的映射理论进行数值计算其响应,与模型仿真结果对比,显示二者具备较好的符合度。与此同时,利用提出的映射理论,本文辨识出了给定响应的弹性特性,与实际的弹性特性对比,符合度也很好。这表明所提出的映射理论对于有特定方程描述的典型非线性系统具有良好的适用性。4、提出了一种给定条件下获得最优响应的发电机设计方法。在综合考虑发电机设计时的限制条件后,设计出具有相对最优带宽及输出功率的响应曲线,然后根据之前提出的非线性刚度与响应之间的映射方法辨识出了所对应的刚度特性。经利用CBCF结构进行刚度实现后,以此为基础进行实验,观察到仿真与实验结果具有良好的一致性。开路未接入负载时的动态响应结果表明提出的刚度与响应的映射理论对于非典型非线性系统同样适用;接入负载后,从能量回收的角度与其他类型的发电机进行对比,所提出的发电机具备明显的带宽优势。