考虑材料非线性时压电发电悬臂梁的主共振响应分析

摘要：

针对单晶压电悬臂梁发电系统进行了动力学建模及主共振响应分析。首先在考虑压电材料非线性的情况下，利用广义Hamilton原理、Rayleigh-Ritz法、Euler-Bernoulli 梁理论等建立了单晶压电悬臂梁发电结构的机电耦合模型；其次利用多尺度法对系统进行了主共振二次近似响应分析，得到了谐振频率附近解的特性与系统参数的关系，揭示了压电材料非线性、外激励参数及负载电阻对系统响应的影响规律；最后通过数值计算验证了解析解的正确性。结论表明，压电材料的非线性特性会导致近似解的共振峰向左偏移，呈现软特性的非线性特征；当激励频率变化时，系统响应存在多解、跳跃等现象，多解区有2个稳定焦点和1个不稳定鞍点；主共振解的真正实现取决于系统的稳定性条件及初始条件的选取；系统存在最佳匹配负载电阻范围，对应系统的发电功率较大。

关键词：压电发电悬臂梁、材料非线性、多尺度法、主共振

分类号：O322;TN384(振动理论)

资助基金：国家自然科学基金资助项目11172199；天津市自然科学基金重点项目11JCZDJC25400

在线出版日期：2014-10-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：8-16