压电发电器建模研究

压电发电器的优化设计必须以模型为基础。提出了一种新的压电发电器模型建立方法,运用该方法分别推导出2种结构的压电发电器的性能参数表达式,实验数据与表达式计算结果比较吻合,证明表达式可以用于压电发电器的性能预测。通过对输出参数表达式进行深入讨论,得出压电发电器的一般特性和相关参数与发电器性能参数之间的关系,可指导压电发电器的优化设计。     

基于压电效应的振荡水柱发电系统CFD分析

"透明海洋"开发需要为远洋检测传感器提供可持续电源,基于压电效应的振荡水柱发电原理是采集波能驱动压电功能材料形变实现能量转换,系统结构简单,稳定性好。基于线性波浪理论,建立振荡水柱(OWC)二维数值波浪水槽。流体动力学(CFD)分析结果表明,造波稳定,波浪在气室内形成的空气压强在时域上呈现一定周期性,经数据处理拟合为正弦曲线。应用ANSYS软件系统的参数化设计语言(APDL)功能开发空气驱动压电材料形变输出能量的仿真模型,分析产生电压变化特性。     

大类招生与卓越工程师协同培养探索与分析

综合分析了近年来高校招生和培养的两大新人才培养模式,即大类招生分类培养和卓越工程师培养模式,结合机械类专业的实施方式,论述了各自的实施方案与模式,分析了两者的优点与缺点,对机械大类人才培养与卓越工程师计划的实施协同推进进行了初步探索与分析。     

涡街提频振荡水柱驱动压电发电理论分析

海洋波浪能频率低(0.3～1 Hz),海浪进入振荡水柱气室压缩空气形成高速气流。在高速气流通道内放置绕流圆柱钝体,采用卡门涡街效应提高波浪能振荡水柱采集气室气压激振频率,实现高频驱动压电发电,提高海洋能量转换效率。推导波浪进入气室形成振荡的水气动力转换理论,计算了气室初级压强和流速。分析了低频高压气流经钝体形成卡门涡街高频涡流激振提频过程,计算出气压作用于钹型压电发电结构输出的电量。研究气体流速、钝体等系统参数与输出能量的关系。计算结果表明,周期为0.65～1.1 s的海浪进入气室经提频作用于钹型压电发电结构,稳定输出电能可达70～80 mW,为新型波浪能采集技术提供了理论基础。     

振荡水柱驱动介电弹性体采集能量多种循环分析

介电弹性体是一种超弹性绝缘材料,薄膜上下表面敷上电极,其发电过程相当于可变电容。将振荡水柱波浪能转换装置与介电弹性体相结合,利用介电弹性体的电容行为将机械应变能转换为电能,所产生的电能主要取决于系统结构和介电弹性体材料参数以及所使用的能量收集循环模式。基于线性波和势流理论、流体动力学理论建立波浪驱动介电弹性体电弹性形变发电模型,分析振荡水柱式波浪能转换装置气室内空气压强驱动介电弹性体形变和由此引起电容变化情况。应用介电弹性体发电理论分析恒电荷、恒电压、恒电场3种能量收集循环模式对振荡水柱波浪能采集发电特性的影响,结果表明:介电弹性体材料的输出能量随着波浪周期、振幅的增大而增大,随着振荡水柱气室放置处水深和前墙开口的增大而增大,随着介电弹性体薄膜的半径增大而增大,随着薄膜厚度的增大而减小;在恒电场发电方式下,介电弹性体能够产生最大能量。     

电磁发电微电源结构设计与输出电能的动态仿真分析*

首先研究了微型电磁发电微电源输出能量理论分析模型,通过理论分析得到感应线圈匝数及导线横截面半径的最优尺寸。然后利用AnsoftMaxwell软件建立了微电源结构仿真模型,通过仿真分析计算得到不同方向上电磁感应强度B的变化规律以及永磁体振子与感应线圈在不同相对位置下所产生感应电动势的变化曲线。仿真分析结果同时表明：当永磁体振子与感应线圈相对距离为1.25mm时,线圈产生最大感应电动势2.65mV,最大输出功率为0.6626滋W,本文的建模与仿真分析过程将为电磁发电微电源结构的整体结构设计和制作提供依据。     

压电发电微电源国外研究进展

微加工技术极大地促进了各类传感器系统的微型化、集成化,使微机电系统(MEMS)功能越来越强,功耗、体积越来越小,而微能源部分却日益成为MEMS微型化设计的瓶颈。该文系统介绍了一种在MEMS应用中有极具发展潜力的能源供应方式——压电微能源。压电微能源可通过收集环境能量来发电,具有长寿命、高能量密度、与MEMS工艺兼容等优点,在微系统中具有广泛的应用前景。     

MEMS自供能压电电磁集成发电研究现状

压电电磁集成发电是指利用功能材料的压电效应和法拉第电磁感应定律设计压电和电磁两种能量转换方式的集成结构,实现环境振动机械能向电能转换。描述了压电电磁集成微能源技术的原理和特点,介绍了压电电磁集成发电理论建模过程,分析了国内外关于集成微电源结构的设计及优化,概况了各种压电电磁集成发电结构的特点。介绍了各种集成结构的集成化加工技术,包括压电梁制作、感应线圈制作和压电电磁系统集成。最后对压电电磁集成发电存在的技术问题进行了分析,新型集成自供能微能源研究将提高能量收集效率并实现与无线传感节点集成供能。     

环境振动能收集系统的微型压电悬臂梁设计与制作

研制长寿稳定电源已经成为微型无线传感网络中的关键技术之一,现有的化学电池容量有限,需要不断的逐个更换耗尽的电池,难以满足无线传感网的实际应用.本文提出利用压电材料的机电耦合特性收集环境振动能,该类型微电源有望成为MEMS提供长期电能.首先分析了利用压电材料收集振动能的原理,对微型悬臂梁结构的设计进行了简单的分析,重点介绍了用MEMS工艺加工微型悬臂梁的工艺流程.悬臂梁结构采用体硅和面硅加工工艺相结合,体硅工艺包括湿法和干法刻蚀硅及表面层结构,金属Pt层刻蚀等,面硅工艺包括溅射金属薄膜和利用Sol-Gel方法在Si/SiO2/Ti/Pt衬底上制作锆钛酸铅(Pb(Zr0.52Ti0.48)O3,PZT)压电薄膜等.经过反复工艺实验研究,确定一套稳定的微型压电能源的制作工艺流程.     

冰与柔性结构作用挤压破坏形成的动荷载

基于现场原型结构测量,研究了冰与柔性直立结构作用产生挤压破坏过程形成的交变冰力。结果发现:随着冰速的增加,可以出现三种不同冰力形式并分别引起结构准静态振动、稳态振动和随机振动响应。进一步对形成不同冰力模式的机理进行了分析,提出了随着冰速变化,冰与结构相对速率变化导致结构近场冰可以出现塑性破坏、裂纹损伤破坏与纯脆性破坏三种破坏模式,并解释形成交变荷载过程。