超磁致—压电振动发电装置的非线性动力学特性研究

摘要

本文提出了一种新型超磁致-压电振动发电装置，使得外界随机激励可以引起它的自激振动，从而提高发电装置的效率，并研究了系统受到随机激励时的耦合动态特性。
　　本文取得了以下成果：
　　利用多元统计回归方法建立了 Ter fe no l-D在不同磁场频率下的应变-磁场强度模型以及KNN压电陶瓷在不同温度下的位移-电压模型。引入Van der Pol非线性微分项来解释Terfenol-D的应变-磁场强度的迟滞环，以及KNN压电陶瓷的位移-电压的迟滞环。并用多元统计回归方法来描述在变频条件下 Terfenol-D的应变-磁场强度模型以及变温条件下KNN压电陶瓷的位移-电压模型的漂移现象，从而得到了两种材料的多变量耦合本构关系。
　　利用哈密尔顿原理对超磁致-压电振动发电装置进行力学建模，得到了系统的响应方程，用多尺度法分别求出了自治系统和非自治系统的近似解，并且讨论了非自治系统的稳定性。并且应用MATLAB数学软件进行数值仿真，发现非自治系统稳定性随参数而变化，在一定条件下产生分岔现象。研究了所研究的新型装置在随机激励的动态特性。通过系统稳态概率密度图，为选择合适的装置材料提供了相应的依据。
　　制作了超磁致-压电振动发电装置并对其进行试验，试验结果说明了超磁致-压电振动发电装置工作状态良好，当外界输入激振力为正弦信号时，能够产生周期性的电流；当外界输入激振力为窄带随机信号时，能够产生近似的简谐的电流；当外界输入激励力为白噪声信号时，仍然能够产生近似周期的电流。
　　本课题研究了超磁致-压电振动发电装置受到随机激励的非线性动力学特性，对于深入分析超磁致-压电复合振动发电装置的特性，具有一定的参考价值。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 目前研究中存在的主要问题

1.4 本课题研究的主要内容

第二章 基于滞后非线性理论与偏最小二乘回归方法的超磁致伸缩材料和压电陶瓷本构建模

2.1 偏最小二乘回归方法

2.2 Terfenol-D的磁场强度-应变关系

2.3 建立超磁致伸缩材料的磁场频率-磁场强度-应变耦合关系

2.4 KNN压电陶瓷的电场强度-应变关系

2.5 本章小结

第三章 超磁致-压电振动发电装置的力学建模与分析

3.1 超磁致-压电振动发电装置的动力学模型

3.2 自治系统的近似解

3.3 自治系统数值仿真与讨论

3.4 非自治系统的近似解和稳定性

3.5 非自治系统数值仿真与讨论

3.5 本章小结

第四章 超磁致-压电振动发电装置随机系统的力学建模与分析

4.1 超磁致-压电振动发电装置随机系统的力学模型

4.2 超磁致-压电振动发电装置随机系统的动力学特性

4.3 本章小结

第五章 超磁致伸缩-压电振动发电装置的试验

5.1 超磁致伸缩-压电振动发电装置的结构

5.2 实验仪器

5.3 实验设计

5.4 实验步骤

5.5 实验结果

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢