基于非线性谐振电路的双稳态俘能器的俘能与动力学特性研究

作     者：梁超 马洪业 王珂 严博 Liang Chao;Ma Hongye;Wang Ke;Yan Bo

作者机构：焦作大学机电工程学院河南焦作454003 中国科学院空间应用工程与技术中心太空应用重点实验室北京100094 浙江理工大学机械工程学院杭州310018 

基　　金：国家自然科学基金项目(52175125)资助 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2023年第55卷第5期

页      码：1181-1194页

摘      要：双稳态俘能器可实现宽频和高效的俘能效果.目前的研究主要在双稳态结构中接入单一电阻电路进行俘能.本文将非线性RLC(电阻-电感-电容)谐振电路引入到三弹簧式双稳态结构中,构建两自由度非线性系统,以实现俘能特性的提升.设计永磁体与线圈的构型,获得了非线性机电耦合系数.推导并得到了两自由度非线性俘能器的控制方程.利用谐波平衡法推导得到了系统的电流与位移的频率响应关系.基于雅可比矩阵对解的稳定性进行了判别.将解析解与数值解进行了对比验证.结果表明,在双稳态俘能器中引入非线性二阶谐振电路不仅有利于低频俘能,还可进一步提升俘能响应,拓宽俘能带宽.相同的电路参数下,与线性电路相比非线性电路可通过电流的倍频现象实现结构更低频率的能量俘获.减小谐振电路与双稳态结构共振频率之比,增加基础激励幅值,减小静平衡点之间的距离均可提升俘能器的俘能效果.通过调控谐振电路与双稳态共振频率之比和基础激励幅值等参数,可实现系统单倍周期响应、多倍周期响应及混沌响应之间的切换.

主 题 词：电磁俘能 双稳态 谐波平衡 混沌运动 低频振动 

学科分类：08[工学] 080101[080101] 0801[工学-力学类] 

核心收录：

D　O　I：10.6052/0459-1879-23-048

馆 藏 号：203122144...