基于压电俘能的驰振控制策略研究
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摘要
当横向流经过非圆截面结构,且流速超过临界值时,结构便会发生振动,且幅值随着流速增大而增加。这种速度相关、阻尼可控的不稳定振动行为被称为"驰振"。驰振可对结构自身乃至整个系统产生破坏性行为,因此,如何有效控制驰振一直是学术界和工程界关注的重要科学问题。本文通过在结构内部放置一小型压电俘能器来有效控制结构的驰振运动;该俘能器由压电悬臂梁和质量块组成。基于Euler–Lagrange法,建立了结构系统的非线性动力学控制方程组。研究表明,当结构发生驰振时,通过调节俘能器的外接电阻及质量块重量,可以将结构振动部分地转化为可利用的电能,甚至降至为零。详细分析了电阻对结构耦合频率及阻尼的影响,并研究了不同电阻及质量块重量引起结构临界流速的变化规律。结果显示,存在最优电阻及质量块重量使得结构的临界流速达到最大,这大大提高了结构的稳定性。此外,本文还分析了不同流速下,电阻和质量块重量对结构振动幅值及俘能器能量采集性能的影响。研究发现,恰当的电阻和质量块重量不仅能有效控制结构的振动幅值,还能俘获较高的电能从而为微电子器件设备提供能量。
引文