柔性壓電波能轉(zhuǎn)換器的理論和數(shù)值研究_第1頁(yè)
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背景｜ABSTRACT柔性壓電材料波能轉(zhuǎn)換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，并能夠與防波堤相結(jié)合，同時(shí)具有消波和發(fā)電的功能。一般來(lái)說(shuō)，壓電材料只有在高頻情況下才會(huì)有較大的能量轉(zhuǎn)化效率，而海洋波浪的頻率較低，效率低下是發(fā)展壓電材料波能轉(zhuǎn)換器的瓶頸。本論文針對(duì)如何提高柔性壓電波能轉(zhuǎn)換器的效率，分別對(duì)波浪與柔性壓電膜的相互作用，RLC電路輸出功率的影響參數(shù)進(jìn)行了研究，提出了提高柔性壓電膜波能轉(zhuǎn)換效率的途徑。圖1.柔性壓電膜波能轉(zhuǎn)換器方案核心理論｜HOW（1）基于勢(shì)流理論和歐拉-拉格朗日混合方法，采用去奇異性邊界積分方法，建立了模擬波浪與柔性結(jié)構(gòu)物相互作用的數(shù)值計(jì)算模型；（2）基于壓電材料的本構(gòu)關(guān)系和電路理論，建立了壓電材料與電阻-電感-電容（RLC）電路的數(shù)學(xué)模型；（3）壓電材料的輸出功率與電壓和電流成正比。柔性壓電材料壓電常數(shù)一般較低，輸出電流較小。本文采用增大電感和提高壓電膜響應(yīng)頻率的方法來(lái)增大壓電材料兩端的電壓。圖2.柔性壓電膜方法｜CORETHEORY采用波浪與結(jié)構(gòu)物的強(qiáng)非線性作用，獲得柔性壓電膜的高頻響應(yīng)，以提高壓電膜的輸出功率。文章創(chuàng)新點(diǎn)｜INNOVATIONPOINT（1）提出了一種潛式柔性壓電膜充水結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既可作為防波堤，也可作為波能轉(zhuǎn)換器；（2）根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓電膜的響應(yīng)頻率可達(dá)到波浪頻率的8倍。文章結(jié)論｜CONCLUSION本文提出了一種新型潛式柔性壓電膜充水結(jié)構(gòu)作為波能轉(zhuǎn)換器，該波能轉(zhuǎn)換器的輸出功率與壓電膜響應(yīng)頻率的4次方成正比，與電感的2次方成正比。通過(guò)柔性壓電膜與波浪的強(qiáng)非線性作用，可使壓電膜

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