【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于有限元法的压电能量收集装置优化方法，属于能量收集的。
技术介绍
1、在可持续发展的战略背景下，为物联网中大量存在的传感器供电问题是一个研究重点，在水下海洋环境这一类场合中，相较于传统的电池需要定期更换并有可能带来环境污染等缺点，自供能传感器是更好的选择。压电式传感器就是典型的自供能传感器，其工作原理是基于压电材料的正压电效应，因外部机械振动导致压电材料内部产生应力，进而转化为电信号输出。与其他形式的发电方式相比，压电发电具有能量密度大、无电磁干扰、结构简单、易于实现小型化等优点，并且压电能量收集装置具有结构简单、清洁环保等优点，因此得到了众多学者的广泛关注。
2、压电能量收集装置本体结构参数是影响其输出电压值、能量收集效率和转换效率的重要因素，因此，为了提高装置的输出特性和能源利用率，优化装置的本体结构参数设计至关重要。在收集到外部环境的振动，将材料内部产生的应力转化为电能之后，压电换能器输出的电压信号为交流电压信号，无法直接向需要直流电源的传感器节点供电，需要给压电能量收集装置连接可以把交流电能转换为直流电能的接口电路。所以，除了压电能量收集装置本体结构参数，外部接口电路的设计也会对能量转换效率产生比较大的影响。因此本专利技术利用有限元法，结合阻抗匹配原则，提出了一种基于有限元法的压电能量收集装置优化方法，能够实现对能量收集装置的结构尺寸参数和外电路设计的优化，可以有效提高压电换能器装置的输出电压，提高装置的能量收集效率。
技术实现思路
1、本专
2、为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于有限元法的压电能量收集装置优化方法，包括以下步骤：
3、s1：建立有限元模型；
4、s2：瞬态分析，提取输出电压；
5、s3：判断是否达到结束条件，若满足结束条件则终止运算并输出最优结果和参数设置，否则执行优化结构参数、优化外电路参数操作，之后返回步骤s2，继续循环操作。
6、优选地，步骤s1中，所述压电能量收集装置的有限元模型的建立步骤如下：
7、a-1：根据压电能量收集装置的结构参数建立钝体绕流有限元模型，并设置外电路参数；
8、a-2：根据固体力学确定固定约束，并根据流体力学设置壁和出入口；
9、a-3：设置模型各部分的材料属性并进行网格划分。
10、优选地，步骤s3中，所述结束条件为预先设定的电压值vp，比较步骤s2中提取的输出电压与预先设定的电压值vp，若提取的输出电压大于等于vp，则满足结束条件。
11、优选地，步骤s3中，所述优化结构参数包括确定最优钝体弧度θ、最优钝体半径r、压电片到钝体的最优距离l等。
12、优选地，步骤s3中，所述优化外电路参数是指根据阻抗匹配原则，确定外电路电阻的阻值r。
13、有益技术效果：
14、本专利技术公开了一种基于有限元法的压电能量收集装置优化方法，首先利用有限元分析中的压电效应模块根据压电能量收集装置的初始结构参数建立钝体绕流有限元模型，根据固体力学确定固定约束，并根据流体力学设置壁和出入口后对模型做瞬态分析，计算得到压电悬臂梁上的输出电压，之后根据压电悬臂梁上的输出电压确定钝体绕流模型本体的结构参数，最后根据阻抗匹配原则，确定外电路电阻的阻值，完成能量收集电路的设计。本专利技术可以有效提高压电换能器装置的输出电压，提高能量收集和转换效率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于有限元建模的压电能量收集装置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元建模的压电能量收集装置的优化方法，其特征在于，步骤S1中，所述压电能量收集装置的有限元模型的建立步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元建模的压电能量收集装置优化方法，其特征在于，步骤S3中，所述的结束条件为预先设定的电压值Vp，比较步骤S2中提取的输出电压与预先设定的电压值Vp，若提取的输出电压大于等于Vp，则满足结束条件。
4.根据权利要求1所述的一种基于有限元建模的压电能量收集装置优化方法，其特征在于，步骤S3中，所述的优化结构参数包括确定最优钝体弧度θ、最优钝体半径r、压电片到钝体的最优距离，等。
5.根据权利要求1所述的一种基于有限元建模的压电能量收集装置优化方法，其特征在于，步骤S3中，所述的优化外电路参数是指根据阻抗匹配原则，确定最优外电路阻值R。
【技术特征摘要】
1.一种基于有限元建模的压电能量收集装置优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于有限元建模的压电能量收集装置的优化方法，其特征在于，步骤s1中，所述压电能量收集装置的有限元模型的建立步骤如下：
3.根据权利要求1所述的一种基于有限元建模的压电能量收集装置优化方法，其特征在于，步骤s3中，所述的结束条件为预先设定的电压值vp，比较步骤s2中提取的输出电压与预先设定的电...
【专利技术属性】
技术研发人员：董晓霄，夏博，杨锐，黄肖肖，袁越，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。