引入纵向辅助磁力的双稳态压电悬臂梁的应变能分析
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摘要
本文基于传统双稳态悬臂梁压电能量采集结构,引入纵向辅助磁力,分析该新模型的应变能及其双稳态特性。本文在计算势能时考虑了曲率非线性、惯性非线性以及磁力非线性的影响,同时还考虑了梁弯曲变形以及梁末端磁铁转动引起的缩回。该模型中梁的势能共包含两个部分,一部分是梁自身的弹性势能,另一部分是附加磁势能。系统的弹性势能采用应力应变关系计算,系统的磁势能既包含传统双稳态中两块相互排斥的磁铁引起的磁势能,又额外增加了上吸引下排斥辅助磁力引起的磁势能。上吸引辅助磁力是指该辅助磁铁在梁末端对面磁铁的上方,且该辅助磁铁与梁末端磁铁相互吸引。下排斥辅助磁力是指该辅助磁铁在梁末端对面磁铁的下方,且该辅助磁铁与梁末端磁铁相互排斥。对系统势函数进行离散以及无量纲化,然后进行应变能分析,研究主磁铁之间的距离、辅助磁铁与主磁铁之间的距离以及其他参数对于系统应变能的影响。由研究结果可知,主磁铁之间的距离影响系统的双稳态强度,辅助磁铁与主磁铁之间的距离影响势能的大小,研究结果表明系统存在混合参数对双稳态对称度的影响。
引文