基于摩擦自激振动升频效应的超低频振动能量收集

低频振动在环境中广泛存在,针对目前低频振动能量收集效率低的问题,提出将外界低频振动转化成摩擦系统的自激振动,实现低频振动到高频振动的升频转换,以达到提高低频能量收集效率的目的 .为此,首先建立了集总参数模型,从理论上阐明低频振动能量收集方法的可行性,并分析模拟了该模型压电电压与功率的输出特性;其次分别设计了往复摩擦自激振动能量收集试验和压电悬臂梁碰撞能量收集试验,对比分析将低频振动转化为摩擦振动能否提高压电输出功率.试验与仿真结果表明,利用摩擦自激振动能够显著提升振动频率.摩擦自激振动电压幅值随着激励频率的增大而增大,与碰撞电压相比,其电压幅值较低,但是频率得到了大幅提升.由于频率的提升,压电振子的能量输出大幅提升,使得超低频振动能量收集性能明显提高.     

阻尼参数对摩擦系统稳定性及黏滑运动的影响

基于普遍的销?盘摩擦系统，建立了一个同时考虑摩擦界面的法向与切向振动的非线性四自由度数学模型，基于复特征值分析法和时域分析法研究了系统法向和切向阻尼值对系统稳定性的影响。对系统的雅各比矩阵的复特征值分析表明：法向和切向阻尼值会对系统临界摩擦因数产生重要影响，系统存在一个最优阻尼比使系统的稳定性达到最强。在选取合理阻尼比值的基础上，若同时增大法向和切向的阻尼值有利于进一步提高系统的稳定性，减少摩擦系统不稳定振动的倾向。通过数值模拟计算，在进一步考虑黏滑现象的基础上，对系统动力学行为进行时域分析。结果表明：系统的振动行为会经历振幅增大的滑动阶段、振幅增大的黏滑运动阶段和纯黏滑阶段；同时在低速状态下，系统阻尼值会对振动极限环及黏着时长产生重要影响。