基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析

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张雨阳, 冷永刚, 谭丹, 刘进军, 范胜波. 2017: 基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析, 物理学报, 66(22): 154-166. doi: 10.7498/aps.66.220502
引用本文: 张雨阳, 冷永刚, 谭丹, 刘进军, 范胜波. 2017: 基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析, 物理学报, 66(22): 154-166. doi: 10.7498/aps.66.220502
Zhang Yu-Yang, Leng Yong-Gang, Tan Dan, Liu Jin-Jun, Fan Sheng-Bo. 2017: Accurate analysis of magnetic force of bi-stable cantilever vibration energy harvesting system with the theory of magnetizing current, Acta Physica Sinica, 66(22): 154-166. doi: 10.7498/aps.66.220502
Citation: Zhang Yu-Yang, Leng Yong-Gang, Tan Dan, Liu Jin-Jun, Fan Sheng-Bo. 2017: Accurate analysis of magnetic force of bi-stable cantilever vibration energy harvesting system with the theory of magnetizing current, Acta Physica Sinica, 66(22): 154-166. doi: 10.7498/aps.66.220502

基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析

Accurate analysis of magnetic force of bi-stable cantilever vibration energy harvesting system with the theory of magnetizing current

  • 摘要: 双稳压电悬臂梁结构常常用于振动能量采集系统,其中的非线性磁力与系统势函数和动力学方程的建立紧密相关,非线性磁力的正确分析和精确计算对系统振动响应和能量采集效果的准确预测至关重要.本文采用形状函数分析方法,通过悬臂梁弯曲斜率的整体积分计算,得到了悬臂梁末端的运动轨迹及其末端磁铁精确的位置与姿态,并由此根据磁化电流理论建立了双稳压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型,给出了末端磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力及其合磁力的变化规律.数值模拟发现,随着末端磁铁竖直纵向位移逐渐增大,磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力都会依次由排斥力转变为吸引力,从而导致磁力合力的方向会随磁铁位移发生跨越两个象限的大幅度变化.实验验证表明,磁力计算结果与实验测量结果符合良好,其精确度优于现有文献方法的精度,因此本文的方法可以准确预测双稳压电悬臂梁振动过程的磁力变化规律.
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出版历程
  • 刊出日期:  2017-11-30

基于磁化电流法的双稳压电悬臂梁磁力精确分析

  • 天津大学机械工程学院,天津,300350

摘要: 双稳压电悬臂梁结构常常用于振动能量采集系统,其中的非线性磁力与系统势函数和动力学方程的建立紧密相关,非线性磁力的正确分析和精确计算对系统振动响应和能量采集效果的准确预测至关重要.本文采用形状函数分析方法,通过悬臂梁弯曲斜率的整体积分计算,得到了悬臂梁末端的运动轨迹及其末端磁铁精确的位置与姿态,并由此根据磁化电流理论建立了双稳压电悬臂梁能量采集系统的磁力计算模型,给出了末端磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力及其合磁力的变化规律.数值模拟发现,随着末端磁铁竖直纵向位移逐渐增大,磁铁受到的水平轴向磁力和竖直纵向磁力都会依次由排斥力转变为吸引力,从而导致磁力合力的方向会随磁铁位移发生跨越两个象限的大幅度变化.实验验证表明,磁力计算结果与实验测量结果符合良好,其精确度优于现有文献方法的精度,因此本文的方法可以准确预测双稳压电悬臂梁振动过程的磁力变化规律.

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