【摘 要】
：
声学黑洞（Acoustic Black Hole,ABH）效应是遵循幂变规律对梁或薄板结构进行厚度剪裁,使弯曲波在结构尖端波速降至为零而无法发生反射的现象,从而能够在结构末端实现能量的聚集与高效回收。针对周期声学黑洞宽频能量回收的产生机理不明确,以及各结构参数对于系统输出特性的影响关系不确定的问题,本文提出了基于周期声学黑洞的宽频压电能量回收系统,并基于高斯展开法建立耦合压电层的声学黑洞压电俘能半
论文部分内容阅读
声学黑洞（Acoustic Black Hole,ABH）效应是遵循幂变规律对梁或薄板结构进行厚度剪裁,使弯曲波在结构尖端波速降至为零而无法发生反射的现象,从而能够在结构末端实现能量的聚集与高效回收。针对周期声学黑洞宽频能量回收的产生机理不明确,以及各结构参数对于系统输出特性的影响关系不确定的问题,本文提出了基于周期声学黑洞的宽频压电能量回收系统,并基于高斯展开法建立耦合压电层的声学黑洞压电俘能半解析模型,在频域范围内结合能带理论,分析结构参数对能量回收系统输出特性的影响规律,最后通过压电能量回收实验,验证周期声学黑洞对于实现能量宽频回收的有效性。本文的研究内容主要包括:（1）通过几何声学理论推导与有限建模分析,验证了声学黑洞结构的能量聚集效应;并建立基于声学黑洞结构的能量回收系统,从能量回收功率与能量回收效率两个方面对比声学黑洞梁与均匀梁的能量回收效果,验证了声学黑洞结构对于优化能量回收效果的有效性。（2）针对耦合压电层的声学黑洞能量回收系统,建立基于高斯函数的半解析分析模型;通过与有限元的计算结果对比,从模态响应与频域响应两个方面验证了模型的有效性,并通过两种计算方法的速度对比,展现了半解析模型快速求解的优越性。（3）基于能带理论推导周期声学黑洞的能带结构,结合模态分析,确定能带结构中的通带频率范围;并通过能带结构与输出特性曲线的对比分析,表明了周期声学黑洞结构通过产生频率通带来实现宽频能量回收的机理。（4）以周期声学黑洞关键结构参数为研究对象,探究在不同的结构参数条件下,能量回收系统的输出特性与能带结构的变化规律。研究结果表明:各结构参数会通过影响通带频率范围与能量聚集效果,对系统的输出特性产生影响,揭示了通过参数设计来实现能量宽频回收的调控机制。（5）搭建压电能量回收实验平台,分别对周期声学黑洞梁与均匀梁进行能量回收对比实验,实验结果表明了周期结构在通带范围内的多峰值高幅值的能量回收效果,验证了周期声学黑洞结构宽频能量回收特性的有效性。
其他文献
课题来源于国家自然科学基金项目“含夹杂或裂纹非均质材料摩擦磨损的微观机理研究”（51875059）和重庆市自然科学基金面上项目“高熵合金摩擦磨损微观机理研究”（cstc2020jcyj-msxm X0850）。近年来,高铁、航空航天、国防科技等领域对工程材料提出了更高的要求,材料内部的夹杂或杂质往往会引发材料次表面微裂纹的萌生,从而导致机械关键零部件的失效。实验表明夹杂物的形状、大小以及分布形式等
目前被广泛应用于过金属壁的超声波无线能量传输技术大多是基于超声体波为能量载体。由于超声体波的传播特性,要求超声换能器必须在金属壁内外两侧严格地对中放置,才能对结构逐点进行检测,因此基于超声体波式的无线能量传输技术存在检测效率低、成本高等不足,在一些有严格空间限制的密闭场合也缺乏适用性;且体波方式仅能实现一对一的能量传输,无法满足大量分布式传感器的供电需求。基于以上的两个问题,限制了超声体波在无线能
石墨烯具有超高力学强度、易于剪切的层间界面,且超薄至几个原子层厚度,可开发应用作为固体润滑材料。环境水分子可能吸附到摩擦界面,对系统摩擦学行为产生重要影响,但其作用机制尚未有足够深入的研究。本文应用第一性原理分子动力学模拟方法,研究了界面水分子、石墨烯表面官能团等对石墨烯/石墨烯系统、二氧化硅/石墨烯/二氧化硅系统摩擦学行为的影响。主要研究工作如下:模拟了石墨烯/石墨烯片层间的滑动摩擦过程,研究了
随着智能产品的不断发展,具有传动比大、结构紧凑、反向自锁以及工艺性好等优点的蜗杆斜齿轮传动副越来越多应用于智能家居、服务机器人及自动驾驶汽车等领域。但蜗杆斜齿轮传动副的齿面点接触、同时啮合齿数少、相对滑动速度大等特点,导致其存在承载能力小、效率低、振动噪声大等不足,是制约蜗杆斜齿轮传动副向高品质发展的瓶颈技术。论文结合深圳XX公司的“小模数蜗杆斜齿轮传动关键技术研究”科技成果转化项目子任务,以小模
风电齿轮箱是风电机组的关键核心传动部件,常安装在狭窄的机舱内部,需要在阵风、湍流风等恶劣环境下长期运行,会受到输入扭矩波动、时变啮合刚度以及时变传动误差等复杂的多源内外激励影响,造成风电齿轮箱传动系统中齿轮、轴等构件承受明显的交变载荷。其中,齿轮箱平行级齿轮转速高、受载频繁,弯曲应力循环和应力集中效应容易导致齿根产生裂纹甚至断齿故障。据统计,风电齿轮箱38%的故障出现在平行级传动系统,因此开展风电
周期性设计是工程中常见的工程结构设计方法之一,采用周期结构既能节约设计成本还满足美学设计观念。过去,它的力学性能被广泛研究,但对其独特的波传播特性研究是最近十几年才兴起的新领域。由于波在周期结构中会发生散射,在某些频域带内不能传播,被称为禁带或带隙,这一特性有望用于结构的减震隔振设计。本文利用这一原理,通过周期性设计工程结构实现振动隔离带隙。周期结构中带隙主要有两类:布拉格带隙和局域共振带隙。布拉
近年来智能汽车的研究开发如火如荼,许多低级别自动驾驶辅助功能（Advanced Driver Assistance System,ADAS）如车道偏离预警、前方碰撞预警、自适应巡航控制等已经在越来越多的量产车上实现,各大汽车厂商所研发的量产车基本具备L2级别的自动驾驶功能,能够在高速公路等环境较为简单的交通场景下行驶。城市工况是常见的交通工况之一,但其包括众多的环境车辆以及行人等交通场景要素而区别
谐波齿轮传动是一种新型传动形式,相比于蜗杆减速器、行星减速器等国内常用大速比减速器,谐波减速器结构更简单,体积更小,承载能力更大,传动精度更高。广泛应用在在航空航天、雷达、医疗器械、机器人等高精密传动领域。由于谐波传动主要依靠柔轮弹性变形来传递运动,因此柔轮的变形对于谐波传动性能至关重要,本文以无公切线双圆弧齿廓谐波减速器为研究对象,采用MATLAB参数化与Workbench有限元法探究谐波齿廓参
机器人作为“工业4.0”系统中的“中间齿轮”环节。其中涉及许多控制技术的发展,基于视觉反馈的末端执行机构自动将工件精准对接到指定工位,是一项具有重要意义的研究课题。特别是在航空航天交会对接、工业装夹和目标物体自动抓取等领域,视觉伺服技术被广泛的应用于其中。既能保证机构的伺服特性,又能出色的完成对接任务需求。本文针对多自由度移动对接平台的模块动态跟踪对接过程中,涉及的机构运动学、图像处理、伺服运动系
水陆两栖机器人具有水、陆及水陆过渡环境的通过性能,可广泛应用于灾后救援、环境监测、军事侦察等领域,已成为机器人的研究热点。现有研究多着眼于两栖运动功能的实现,而针对机动性能的探讨相对较少。本文针对两栖机器人结构复杂、速度小、机动性低、环境适应性差等问题,提出一种基于陆地弧形腿、水下平直蹼的旋转式复合推进机构,通过结构设计、运动特性分析、样机试制及实验研究,实现了大速度、高机动性、良好环境适应性的两