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內(nèi)容簡介

　　全書共分為8章，第1章簡要概述目前能量俘獲技術(shù)的研究現(xiàn)狀；第2、3章為壓電能量俘獲技術(shù)基本理論知識儲備和線性系統(tǒng)模型構(gòu)建，作為入門章節(jié)旨在為讀者提供研究的基本理論方法；第4章至第6章以懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器為對象，詳細(xì)介紹懸臂式能量俘獲技術(shù)的理論與方法；第7章補(bǔ)充介紹了懸臂式和擊打式兩種不同結(jié)構(gòu)的多方向壓電俘能器的建模分析與實(shí)驗(yàn)研究實(shí)例；第8章簡要介紹不同工程應(yīng)用領(lǐng)域中壓電能量俘獲技術(shù)的研究現(xiàn)狀。

作者簡介

　　張旭輝，博士，教授，博士生導(dǎo)師。2009年獲西安交通大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位。現(xiàn)任西安科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院院長，陜西省中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才，陜西煤礦機(jī)電設(shè)備智能檢測與控制重點(diǎn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)帶頭人，陜西省礦山機(jī)電裝備智能監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室常務(wù)副主任。兼任中國工程機(jī)械學(xué)會(huì)煤礦機(jī)械分會(huì)副秘書長，陜西機(jī)器人技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟常務(wù)理事，陜西省振動(dòng)工程學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國力學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員，擔(dān)任IEEE ACCESS、振動(dòng)工程學(xué)報(bào)、振動(dòng)與沖擊、煤炭科學(xué)技術(shù)、工況自動(dòng)化等國內(nèi)外期刊審稿人。主要從事礦山設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、工業(yè)設(shè)備虛擬仿真與遠(yuǎn)程控制、機(jī)電耦合建模與非線性動(dòng)力學(xué)、新型能量收集技術(shù)及應(yīng)用、機(jī)電產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)技術(shù)與評價(jià)等方面研究。承擔(dān)省部級以上項(xiàng)目近20項(xiàng)，企業(yè)科技合作項(xiàng)目30多項(xiàng)。先后獲省部級科技獎(jiǎng)勵(lì)9項(xiàng)，陜西省教學(xué)成果獎(jiǎng)2項(xiàng)；參編規(guī)劃教材5部，獲陜西省優(yōu)秀教材二等獎(jiǎng)3項(xiàng)；授權(quán)國家專利80余項(xiàng)，其中發(fā)明專利近40項(xiàng)，獲得軟件著作權(quán)14項(xiàng)，發(fā)表學(xué)術(shù)論文130余篇。

圖書目錄

第1章概述1
1.1 新型能量俘獲技術(shù)需求與利用1
1.2 振動(dòng)能量俘獲技術(shù)概述2
1.3 壓電式振動(dòng)能量俘獲技術(shù)研究進(jìn)展6
1.3.1 從單方向到多方向6
1.3.2 從線性到非線性11
1.3.3 從簡諧激勵(lì)到隨機(jī)激勵(lì)15
1.4 本書結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容16

第2章壓電式能量俘獲技術(shù)基礎(chǔ)知識18
2.1 壓電材料基礎(chǔ)知識18
2.1.1 正/逆壓電效應(yīng)18
2.1.2 壓電方程19
2.1.3 壓電材料21
2.2 梁的建模與模態(tài)分析22
2.2.1 Euler Bernoulli梁理論22
2.2.2 梁的彎曲振動(dòng)23
2.2.3 梁的模態(tài)分析25
2.3 Lagrange機(jī)電耦合方程29
2.3.1 虛功原理29
2.3.2 Hamilton原理30
2.3.3 Lagrange方程31
2.4 本章小結(jié)32

第3章懸臂式線性壓電俘能器機(jī)電模型構(gòu)建34
3.1 引言34
3.2 線性壓電俘能器集中式參數(shù)建模34
3.3 線性壓電俘能器分布式參數(shù)建模36
3.3.1 力學(xué)平衡法36
3.3.2 能量守恒法39
3.4 本章小結(jié)42

第4章懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器模型構(gòu)建44
4.1 引言44
4.2 多物理場模型建立44
4.2.1 磁場模型45
4.2.2 力學(xué)模型49
4.2.3 電學(xué)模型53
4.3 壓電能量收集系統(tǒng)分布式參數(shù)機(jī)電耦合模型55
4.4 本章小結(jié)57

第5章懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器模型解析58
5.1 引言58
5.2 簡諧激勵(lì)下系統(tǒng)模型解析方法58
5.2.1 四五階龍格庫塔法58
5.2.2 諧波平衡法61
5.2.3 增量式諧波平衡法61
5.3 隨機(jī)激勵(lì)下系統(tǒng)模型解析方法68
5.3.1 環(huán)境振動(dòng)過程中隨機(jī)激勵(lì)形式68
5.3.2 蒙特卡羅模擬法71
5.3.3 FPK方程法72
5.4 有限元仿真分析法76
5.4.1 壓電俘能器有限元分析建模77
5.4.2 壓電俘能器有限元分析79
5.5 本章小結(jié)83

第6章懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證85
6.1 引言85
6.2 實(shí)驗(yàn)平臺搭建及實(shí)驗(yàn)材料制備85
6.2.1 實(shí)驗(yàn)平臺的搭建85
6.2.2 實(shí)驗(yàn)材料的制備方法86
6.3 不同激勵(lì)下的俘能器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證90
6.3.1 簡諧激勵(lì)下俘能器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證90
6.3.2 隨機(jī)激勵(lì)下俘能器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證92
6.4 本章小結(jié)94

第7章多方向壓電俘能器建模分析與實(shí)驗(yàn)研究95
7.1 引言95
7.2 懸臂式多方向壓電俘能器95
7.2.1 懸臂式多方向壓電俘能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)96
7.2.2 懸臂式多方向壓電俘能器的建模分析96
7.2.3 懸臂式多方向壓電俘能器的實(shí)驗(yàn)研究116
7.3 擊打式多方向壓電俘能器127
7.3.1 擊打式多方向壓電俘能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)128
7.3.2 擊打式多方向壓電俘能器的建模分析129
7.3.3 振動(dòng)能量收集裝置的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證139
7.4 本章小結(jié)146

第8章壓電俘能器的應(yīng)用148
8.1 環(huán)境監(jiān)測148
8.1.1 在風(fēng)速及溫度監(jiān)測方面的應(yīng)用148
8.1.2 在水質(zhì)監(jiān)測方面的應(yīng)用149
8.2 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測151
8.2.1 礦井機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測151
8.2.2 汽車胎壓監(jiān)測153
8.2.3 橋梁及建筑健康監(jiān)測154
8.3 可穿戴式人體能量收集技術(shù)155
8.3.1 人體行走的鞋式能量收集技術(shù)156
8.3.2 人體行走的背包式能量收集技術(shù)160
8.3.3 人體關(guān)節(jié)部位的能量收集技術(shù)162
8.4 人體醫(yī)療設(shè)備供電163
8.4.1 心臟起搏器的供電163
8.4.2 健康檢測設(shè)備供電165
8.5 本章小結(jié)167

參考文獻(xiàn)168