非线性压电悬臂梁振动特性与能量采集研究的开题报告.docx

非线性压电悬臂梁振动特性与能量采集研究的开题报告
开题报告
题目：非线性压电悬臂梁振动特性与能量采集研究
研究背景和意义：
随着科技的不断发展，能量的应用范围不断扩大，能源短缺和环境污染问题也日益严重。利用环境中的能量来为微型电子设备提供能量已逐渐成为研究的热点。而压电体的优异性能使得其可以转换机械能为电能，因此在能量采集领域得到了广泛的应用。非线性压电悬臂梁由于其结构简单、易于制造，且在机械力作用下具有非线性特性，因此成为了能量采集的重要对象。
研究内容和思路：
本研究主要从悬臂梁的几何尺寸、材料属性等方面入手，分析非线性压电悬臂梁振动的特性。首先，建立非线性压电悬臂梁的振动模型，考虑悬臂梁在机械荷载下的振动特性，利用有限元方法进行数值计算。
其次，基于Piezo电阻静电保持力模型，推导出非线性压电悬臂梁电-力方程及其解析解。并通过实验验证研究模型所得的电流与荷载的关系。
最后，基于能量采集的实际需求，在悬臂梁上设计适应的能量采集系统，将非线性压电悬臂梁以与所设定工作点偏离不大的精度控制在谐振运动状态，实现非线性压电功率的提取，并进行实验验证。
研究预期成果：
通过本研究，可以深入理解非线性压电悬臂梁的振动和能量采集特性，获得以下预期成果：
（1）建立非线性压电悬臂梁的振动模型和电-力方程模型，掌握其特性。
（2）分析非线性压电悬臂梁中电流与荷载关系的规律，为后续能量采集系统设计提供依据。
（3）设计适应的能量采集系统，实现非线性压电功率的提取。
（4）验证研究模型的正确性，并得到可行的非线性压电悬臂梁能量采集方案。
总之，本研究将为非线性压电悬臂梁能量采集技术的应用提供新的思路和方法，对于解决微型电子设备自给自足能源的问题具有重要意义。