悬臂梁压电陶瓷发电装置发电性能研究及结构优化

题名	悬臂梁压电陶瓷发电装置发电性能研究及结构优化
作者	李小强
导师	胡世军
答辩日期	2016
学位名称	硕士
关键词	悬臂梁压电发电位移激励仿真分析实验验证结构优化
摘要	在能源日渐紧缺的今天,由于不可再生资源的逐年消耗,能源问题被各国政府、学术界乃至广大公众所共同关注,寻找开发一种持久清洁的新能源已经成为当今世界的一项重要研究课题。作为清洁能源的振动能量,在自然环境中无处不在,将这些流失的的振动能量收集起来供人类使用,可以有效缓解社会对能源的需求。目前,将压电发电材料与动力学、电学相结合,研究收集环境中的振动能逐渐成为一个备受瞩目的课题。悬臂梁压电发电装置是通过正压电效应,利用压电陶瓷片,将机械能转化成电能,其结构简单、加工方便、绿色环保并能够有效地收集自然环境中的机械能量。本文通过研究悬臂梁压电陶瓷发电装置的发电特性及其相关参数对其发电性能的影响规律,对发电装置结构进行优化设计,在此基础上,设计了一种以悬臂梁压电陶瓷发电装置为核心的压电发电自供能无线键盘,以期实现无线键盘的自供能。论文基于有限元分析软件ANSYS,对悬臂梁压电陶瓷发电装置发电电压进行仿真,分析了不同激励位移、不同基板材料和不同压电片厚度对发电电压的影响规律,为选择合适的基板材料、压电片厚度进行压电发电提供依据。通过搭建实验平台,设计实验电路,分析了低频条件2Hz下,压电陶瓷片在压电单晶片连接、压电双晶片按照压电单晶片连接、压电双晶片串联、压电双晶片并联四种不同连接方式下的发电性能,得出不同连接方式下发电电压、内阻及发电电能的变化规律,为选择合适的连接方式进行压电发电提供依据。在仿真和实验基础上,对悬臂梁压电陶瓷发电装置进行等强度梁和等应力板两种方式结构优化,并对优化结果进行仿真和实验验证,得出在最优条件、最优结构下的悬臂梁压电陶瓷发电装置确实能够提高发电性能。最后,以优化后的悬臂梁压电陶瓷发电装置为核心,设计了一种压电发电自供能无线键盘,对压电发电自供能无线键盘各组成部件进行设计。
页数	75
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TM619
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/91161
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	李小强. 悬臂梁压电陶瓷发电装置发电性能研究及结构优化[D],2016.