Luận án Bài toán khai thác năng lượng cho mô hình dầm áp điện phi tuyến với hiệu ứng cộng hưởng chính và thứ cấp

Tên luận án:

BÀI TOÁN KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG CHO MÔ HÌNH DẦM ÁP ĐIỆN PHI TUYẾN VỚI HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG CHÍNH VÀ THỨ CẤP

Ngành:

CƠ KỸ THUẬT

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung giải quyết bài toán khai thác năng lượng cho mô hình dầm áp điện phi tuyến, nhằm khắc phục hạn chế về hiệu suất của các hệ thu thập năng lượng tuyến tính hiện có, vốn bị giới hạn bởi dải tần số cộng hưởng hẹp. Mục tiêu chính là xây dựng hệ phương trình liên kết cơ điện cho kết cấu dầm công xôn phi tuyến gắn lớp áp điện và mô hình hóa thiết bị nghiên cứu. Luận án phát triển phương pháp trung bình để phân tích đáp ứng của hệ cơ điện phi tuyến kiểu Duffing, dạng giếng đơn, dưới kích động nền điều hòa, trong các hiệu ứng cộng hưởng chính, thứ điều hòa và siêu điều hòa, đồng thời so sánh với hệ tuyến tính tương ứng.

Đối tượng nghiên cứu là hệ cơ điện phi tuyến kiểu Duffing, dạng giếng đơn, chịu kích động nền điều hòa, được mô hình hóa bằng khối lượng tập trung một bậc tự do. Phạm vi nghiên cứu bao gồm dầm công xôn Euler-Bernoulli gắn lớp áp điện, xét đến quan hệ phi tuyến của chuyển vị và biến dạng (phi tuyến hình học). Phương pháp chủ yếu được sử dụng là phương pháp trung bình kết hợp mô phỏng số.

Luận án đã thiết lập được hệ phương trình vi phân phi tuyến cho bộ thiết bị thu thập năng lượng áp điện và mô hình hóa nó bằng mô hình khối lượng tập trung một bậc tự do. Đồng thời, luận án đã phát triển và mở rộng phương pháp trung bình để xác định các biểu thức giải tích của quan hệ biên độ-tần số, đáp ứng chuyển vị, điện áp, công suất cơ học đầu vào/ra, năng lượng cơ học, năng lượng điện hữu ích và hiệu suất thu thập năng lượng trong các hiệu ứng cộng hưởng phi tuyến.

Kết quả khảo sát cho thấy biên độ và tần số kích động là hai tham số ảnh hưởng lớn. Dải tần số gần vùng cộng hưởng phi tuyến của bộ thiết bị rộng hơn so với hệ tuyến tính. Hiệu suất thu thập năng lượng trong vùng cộng hưởng thứ điều hòa lớn hơn nhưng nhỏ hơn trong vùng cộng hưởng siêu điều hòa và cộng hưởng chính khi so với hệ tuyến tính. Tuy nhiên, công suất cơ học đầu vào/ra và năng lượng điện hữu ích tiềm năng trong các hiệu ứng cộng hưởng luôn lớn hơn hệ tuyến tính tương ứng.

Mục lục chi tiết:

• MỞ ĐẦU
• Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THU THẬP NĂNG LƯỢNG ÁP ĐIỆN
• Chương 2. XÂY DỰNG HỆ PHƯƠNG TRÌNH LIÊN KẾT CƠ ĐIỆN CỦA KẾT CẤU DẦM CÔNG XÔN PHI TUYẾN GẮN LỚP ÁP ĐIỆN
• Chương 3. PHÁT TRIỂN PHƯƠNG PHÁP TRUNG BÌNH SỬ DỤNG CHO HỆ CƠ ĐIỆN PHI TUYẾN, CHỊU KÍCH ĐỘNG NỀN ĐIỀU HÒA VỚI MÔ HÌNH KHỐI LƯỢNG TẬP TRUNG MỘT BẬC TỰ DO
• Chương 4. PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM SỐ HỆ CƠ ĐIỆN PHI TUYẾN KIỂU DUFFING, DẠNG GIẾNG ĐƠN, CHỊU KÍCH ĐỘNG NỀN ĐIỀU HÒA TRONG CÁC HIỆU ỨNG CỘNG HƯỞNG
• KẾT LUẬN