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周期结构压电振子低频宽带特性分析

马翔宇 曾凡云 刘柏希 郑学军 聂松辉

马翔宇, 曾凡云, 刘柏希, 郑学军, 聂松辉. 周期结构压电振子低频宽带特性分析[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190188
引用本文: 马翔宇, 曾凡云, 刘柏希, 郑学军, 聂松辉. 周期结构压电振子低频宽带特性分析[J]. 机械科学与技术, 2020, 39(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190188
Ma Xiangyu, Zeng Fanyun, Liu Baixi, Zheng Xuejun, Nie Songhui. Analysis of Low Frequency and Broad Band Characteristics of Piezoelectric Vibrators with Periodic Structure[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190188
Citation: Ma Xiangyu, Zeng Fanyun, Liu Baixi, Zheng Xuejun, Nie Songhui. Analysis of Low Frequency and Broad Band Characteristics of Piezoelectric Vibrators with Periodic Structure[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2020, 39(5): 786-794. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190188

周期结构压电振子低频宽带特性分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20190188
基金项目: 

湘潭市科技计划项目 CXY20164001

湖南省教育厅科学研究重点项目 16A210

详细信息
    作者简介:

    马翔宇(1992-), 硕士研究生, 研究方向为低频压电俘能器, 547676826@qq.com

    通讯作者:

    刘柏希, 副教授, 硕士生导师, liubaixi@xtu.edu.cn

  • 中图分类号: TM619;TH313

Analysis of Low Frequency and Broad Band Characteristics of Piezoelectric Vibrators with Periodic Structure

  • 摘要: 已知压电振子只有处于共振状态才能保证电能的输出水平,但环境中的振源频率远低于普通压电振子的固有频率。对于两种周期结构悬臂梁,建立其理论模型,分别通过数值仿真软件与有限元软件求解其固有频率。结果表明,折叠梁的固有频率对梁段数的增加更为敏感,在梁段数较高的情况下折叠梁的固有频率较低,低频俘能性能优于螺旋梁,但是其各阶模态固有频率之间的跨度较大且不平均,能够与环境中振源频率匹配的模态阶数较少,其宽频俘能能力不如螺旋梁。
  • 图  1  周期结构悬臂梁的结构图

    图  2  周期结构悬臂梁的参数图

    图  3  10段螺旋结构悬臂梁网格单元图

    图  4  10段螺旋结构悬臂梁的前5阶固有频率

    图  5  10段螺旋结构悬臂梁理论计算频率图

    图  6  10段折叠构悬臂梁网格单元图

    图  7  10段折叠结构悬臂梁的前5阶固有频率

    图  8  10段折叠结构悬臂梁理论计算频率图

    图  9  10段螺旋结构悬臂梁前4阶模态振型图

    图  10  10段折叠结构悬臂梁前4阶模态振型图

    图  11  螺旋结构悬臂梁固有频率与段数关系

    图  12  折叠结构悬臂梁固有频率与段数关系

    图  13  周期结构悬臂梁前两阶固有频率与段数关系

    图  14  螺旋结构悬臂梁各阶频率比与梁段数的关系

    图  15  折叠结构悬臂梁各阶频率比与梁段数的关系

    表  1  10段螺旋结构悬臂梁的固有频率理论值与仿真值的比较

    模态阶数 理论计算值/Hz Ansys仿真值/Hz
    1 18.87 18.48
    2 28.99 29.27
    3 30.74 31.07
    4 53.66 55.33
    5 67.14 68.77
    下载: 导出CSV

    表  2  10段折叠旋结构悬臂梁固有频率理论值与仿真值的比较

    模态阶数 理论计算值/Hz Ansys仿真值/Hz
    1 13.35 13.107
    2 21.31 21.37
    3 50.63 49.667
    4 62.07 62.64
    5 94.84 95.44
    下载: 导出CSV
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  • 收稿日期:  2019-04-04
  • 刊出日期:  2020-05-05

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