受強激振下懸臂樑式壓電振動子之非線性研究

王昱程

doi:10.6342/NTU201602406

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受强激振下悬臂梁式压电振动子之非线性研究

Investigation of Nonlinear Response of a Cantilevered Piezoelectric Oscillator Under Amplified Excitation

王昱程 , 硕士　　导师：舒贻忠　　

繁体中文 DOI： 10.6342/NTU201602406

压电振动能量撷取；微型压电振动子；非线性振动； piezoelectric energy harvesting ； piezoelectric MEMS generator ； nonlinear oscillation ； cantilever beam ； multiple scale analysis

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摘要 │ 参考文献 (43) │ 被引用文献 (1) │ 国际计量

摘要〈TOP〉

并列摘要〈TOP〉

A study of nonlinear vibration of MEMs cantilevered piezoelectric oscillator subjected to intense excitations is presented. Several nonlinear sources within the oscillator will be considered and discussed for the effect to the dynamic response of the system. First, the material nonlinearity in the PZT layer of cantilever beam is considered, the geometrical nonlinearity and inertia nonlinearity which caused by the large deformation of cantilever beam are taken into account in this thesis as well. The derivation of governing equations is based on Hamilton variational principle, together with several assumptions including Euler-Bernoulli beam theory and inextensible beam condition. Reduced-order models by Rayleigh-Ritz approximation are also developed to focus on the first vibration mode of the system.
	For further understanding of the system, the approximation analytic solution of the system can be obtained by the method of multiple scale analysis. The effective nonlinear parameter Neff defined in the frequency-response equation is found to be a key parameter for the dynamic response of the system. By substituting the real system dimensions into the simulation, the shape function with point load exerted on the end tip of the beam is found to be a choice to become a standard for the effective coefficients of the governing equations. 
	The damping and material nonlinearity coefficients in the governing equations are estimated by the curve fitting via experimental data. A good qualitative agreement is obtained between experimental and numerical results.

参考文献 ( 43 ) 〈TOP〉

[1] J. A. Paradiso and T. Starner, “Energy scavenging for mobile and wireless electronics, “ IEEE Pervasive Computing, Vol. 4, pp.18-27, 2005.
连结：
[3] P. D. Mitcheson, T. C. Green, E. M. Yeatman and A. S. Holmes, “Architectures for vibration-driven micropower generators,” Journal of Microelectromechanical Systems, Vol. 13, pp.429-440, 2004.
连结：
[4] R. N. Torah, S. P. Beeby, M. J. Tudor, T. O’Donnell and S. Roy, “Development of a cantilever beam generator employing vibration energy harvesting,” 2006.
连结：
[5] S. Roundy, P. K. Wright and J. Rabaey, “A study of low level vibrations as a power source for wireless sensor nodes,” Computer Communications, Vol. 26, pp.1131-1144, 2003.
连结：
[7] Y. C. Shu and I. C. Lien, “Analysis of power output for piezoelectric energy harvesting systems,” Smart Materials & Structures, Vol. 15, pp.1455-1512, 2006.
连结：

被引用文献 (1) 〈TOP〉

林莛凯(2017)。提升气胶沉积法制作之锆钛酸铅(PZT)微型压电能量撷取器元件效能之研究与实作。国立台湾大学工程科学及海洋工程学系学位论文。2017。1-104。

国际计量

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