具有多稳定性的非线性能量采集系统

具有机电耦合的受迫振动的非线性能量采集系统被广泛用于捕获环境振动能量并将机械能转换为电能。然而，具有多稳定性和粘滑运动的摩擦诱发振动（FIV）能量采集系统的非线性响应机制仍不清楚。在本文中，基于V形结构弹簧和皮带输送系统，提出了一种具有单稳、双稳和三稳势能的新型非线性能量采集模型。利用欧拉-拉格朗日方程建立了具有多稳定性和自激摩擦的能量采集系统的动力学方程。其次，获得了能量采集系统静态特性的非线性恢复力、摩擦力和势能面，以显示非线性变刚度、多平衡点、不连续行为和多势阱响应。然后，给出了自治系统分岔集的平衡面，以显示三阶准零刚度（QZS3）、五阶准零刚度（QZS5）、双稳（DW）和三稳（TW）。此外，利用数值解分析了QZS3、QZS5、DW和TW的受迫机电耦合振动系统的电荷、电流、电压和功率的响应幅值。最后，制造了FIV能量采集系统的原型并搭建了实验系统。静态恢复力、阻尼力和电输出的实验结果与数值结果吻合良好，验证了所提出的FIV能量采集模型。