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內容簡介

　　全書共分為8章，第1章簡要概述目前能量俘獲技術的研究現(xiàn)狀；第2、3章為壓電能量俘獲技術基本理論知識儲備和線性系統(tǒng)模型構建，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，詳細介紹懸臂式能量俘獲技術的理論與方法；第7章補充介紹了懸臂式和擊打式兩種不同結構的多方向壓電俘能器的建模分析與實驗研究實例；第8章簡要介紹不同工程應用領域中壓電能量俘獲技術的研究現(xiàn)狀。

作者簡介

　　張旭輝，博士，教授，博士生導師。2009年獲西安交通大學工學博士學位?，F(xiàn)任西安科技大學機械工程學院院長，陜西省中青年科技創(chuàng)新領軍人才，陜西煤礦機電設備智能檢測與控制重點科技創(chuàng)新團隊帶頭人，陜西省礦山機電裝備智能監(jiān)測重點實驗室常務副主任。兼任中國工程機械學會煤礦機械分會副秘書長，陜西機器人技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟常務理事，陜西省振動工程學會常務理事，中國力學學會會員，擔任IEEE ACCESS、振動工程學報、振動與沖擊、煤炭科學技術、工況自動化等國內外期刊審稿人。主要從事礦山設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷、工業(yè)設備虛擬仿真與遠程控制、機電耦合建模與非線性動力學、新型能量收集技術及應用、機電產(chǎn)品綠色設計技術與評價等方面研究。承擔省部級以上項目近20項，企業(yè)科技合作項目30多項。先后獲省部級科技獎勵9項，陜西省教學成果獎2項；參編規(guī)劃教材5部，獲陜西省優(yōu)秀教材二等獎3項；授權國家專利80余項，其中發(fā)明專利近40項，獲得軟件著作權14項，發(fā)表學術論文130余篇。

圖書目錄

第1章概述1
1.1 新型能量俘獲技術需求與利用1
1.2 振動能量俘獲技術概述2
1.3 壓電式振動能量俘獲技術研究進展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 從簡諧激勵到隨機激勵15
1.4 本書結構及主要內容16

第2章壓電式能量俘獲技術基礎知識18
2.1 壓電材料基礎知識18
2.1.1 正/逆壓電效應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23
2.2.3 梁的模態(tài)分析25
2.3 Lagrange機電耦合方程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32

第3章懸臂式線性壓電俘能器機電模型構建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 力學平衡法36
3.3.2 能量守恒法39
3.4 本章小結42

第4章懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器模型構建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 力學模型49
4.2.3 電學模型53
4.3 壓電能量收集系統(tǒng)分布式參數(shù)機電耦合模型55
4.4 本章小結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 隨機激勵下系統(tǒng)模型解析方法68
5.3.1 環(huán)境振動過程中隨機激勵形式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83

第6章懸臂式多場耦合非線性壓電俘能器實驗驗證85
6.1 引言85
6.2 實驗平臺搭建及實驗材料制備85
6.2.1 實驗平臺的搭建85
6.2.2 實驗材料的制備方法86
6.3 不同激勵下的俘能器實驗驗證90
6.3.1 簡諧激勵下俘能器實驗驗證90
6.3.2 隨機激勵下俘能器實驗驗證92
6.4 本章小結94

第7章多方向壓電俘能器建模分析與實驗研究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構設計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驗研究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構設計128
7.3.2 擊打式多方向壓電俘能器的建模分析129
7.3.3 振動能量收集裝置的實驗驗證139
7.4 本章小結146

第8章壓電俘能器的應用148
8.1 環(huán)境監(jiān)測148
8.1.1 在風速及溫度監(jiān)測方面的應用148
8.1.2 在水質監(jiān)測方面的應用149
8.2 設備狀態(tài)監(jiān)測151
8.2.1 礦井機械設備狀態(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155
8.3.1 人體行走的鞋式能量收集技術156
8.3.2 人體行走的背包式能量收集技術160
8.3.3 人體關節(jié)部位的能量收集技術162
8.4 人體醫(yī)療設備供電163
8.4.1 心臟起搏器的供電163
8.4.2 健康檢測設備供電165
8.5 本章小結167

參考文獻168