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悬臂梁单晶压电振子发电的理论建模与仿真
引用本文:单小彪,袁江波,谢涛,陈维山.悬臂梁单晶压电振子发电的理论建模与仿真[J].浙江大学学报(自然科学版 ),2010,44(3):528-532.
作者姓名:单小彪  袁江波  谢涛  陈维山
作者单位:哈尔滨工业大学机电工程学院;
基金项目:国家自然科学基金资助项目(50875057); 哈尔滨工业大学科研创新基金资助项目(HIT.NSRIF.2008.50)
摘    要:为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,对悬臂梁单晶压电振子的发电能力进行了研究.根据压电理论和热平衡原理,建立悬臂型单晶压电振子发电能力的数学模型,并对金属基板材料、基板厚度与压电片厚度对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析.研究结果表明,建立的数学模型与有限元仿真分析结果一致,压电片与基板材料存在一个最佳厚度比使得压电振子的输出电压达到最优,且最佳厚度比随着基板材料弹性模量的增大而增大,当基板材料分别为铝、磷青铜、多晶硅和钢时,单晶压电振子所对应的最佳厚度比分别为0.4、0.5、0.55和0.65,最后对以磷青铜为基板材料的压电振子进行了实验测试.实验结果表明,当压电片与基板厚度比为0.5时,压电振子输出功率最大,验证了理论分析的正确性.

关 键 词:单晶压电振子  发电能力  有限元分析

Modeling and simulation of power generation with piezoelectric unimorph cantilever
SHAN Xiao-biao,YUAN Jiang-bo,XIE Tao,CHEN Wei-shan.Modeling and simulation of power generation with piezoelectric unimorph cantilever[J].Journal of Zhejiang University(Engineering Science),2010,44(3):528-532.
Authors:SHAN Xiao-biao  YUAN Jiang-bo  XIE Tao  CHEN Wei-shan
Affiliation:School of Mechatronics Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China
Abstract:The energy-generating capability of a piezoelectric unimorph cantilever was studied in order to supply the power of low-consumption electric products. An analytical model of the piezoelectric unimorph cantilever was established by using the piezoelectric theory and heat balance principle. The effects of structural parameters as well as material properties of the piezoelectric cantilever on the energy generation were analyzed by numerical simulation and finite element analysis. The results obtained by the mo...
Keywords:piezoelectric unimorph cantilever  electrical energy generation  modeling  finite element analysis(FEM)  
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