懸臂梁共振發(fā)電.ppt

1、廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,廣東工業(yè)大學(xué),懸臂梁共振發(fā)電,參賽隊(duì)員：朱東科、何時(shí)朗、李春焜、林佳克,指導(dǎo)老師：楊燕婷 方 允 周 瑩,廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,生產(chǎn)中的振動(dòng)經(jīng)常引發(fā)各種危害，但根據(jù)振動(dòng)總能量E ，大型機(jī)械如磨床等所蘊(yùn)含的能量是巨大的。 本設(shè)計(jì)利用壓電陶瓷的正壓電效應(yīng)，轉(zhuǎn)換振動(dòng)能量，為照明LED燈提供電能。,一、引言,廣東工業(yè)大學(xué),廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,廣東工業(yè)大學(xué),二、物理原理,1、壓電陶瓷片的31工作模式，見圖一。,圖一 壓電陶瓷片的正壓電效應(yīng),六維應(yīng)變矢量,應(yīng)力矢量,三維電位移,66維常電場(chǎng) 伴隨矩陣,36維電應(yīng)變 常數(shù)矩陣,33維常壓

2、力 介電常數(shù)矩陣,描述壓電陶瓷力學(xué)量 和電學(xué)量的相互關(guān)系,（機(jī)械工程學(xué)報(bào) 44卷11期，2008，75-79）,廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,廣東工業(yè)大學(xué),二、物理原理,2、懸臂梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)原理，見圖二,壓電陶瓷介電常數(shù),壓電陶瓷彈性模量,壓電陶瓷壓電常數(shù),壓電陶瓷片電容,壓電陶壓電耦合系數(shù),驅(qū)動(dòng)頻率,負(fù)載,幅值,圖二 懸臂梁結(jié)構(gòu)的單自由度模型,U（撓度）,廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,廣東工業(yè)大學(xué),三、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),注：壓電陶瓷片長(zhǎng)度:50mm；寬度:35mm；厚度:0.2mm；壓電常數(shù):23010-12c/n； 機(jī)電耦合系數(shù):0.35；彈性模量:63Gpa；介電常數(shù):3500F/m；電容量：220nF。 質(zhì)量塊質(zhì)量為1.1g。 懸臂梁長(zhǎng)度：50mm；寬度：35mm；厚度：0.6mm；等效慣性矩：0.63mm4。,廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,廣東工業(yè)大學(xué),四、裝置結(jié)構(gòu),裝置調(diào)試流程：,確定環(huán)境頻率,參數(shù)理論計(jì)算,設(shè)置結(jié)構(gòu)參數(shù),裝置安裝,外接電路,LED供能,支座,懸臂梁,廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,廣東工業(yè)大學(xué),五、特點(diǎn),1、發(fā)電來源是原本被廢棄的振動(dòng)能量,4、隨著壓電材料壓電性能的提高，該發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用前景廣泛,2、既吸收危害性振動(dòng)，又提供優(yōu)質(zhì)電源,3、懸臂梁固有頻率可調(diào)，適應(yīng)性強(qiáng),廣東省第十二屆大學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽,廣東