自主创新基金答辩.pptx

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1、物 流 ZY1102班 项 目 背 景一 研 究 目 标二 研 究 思 路三 可 行 性 分 析四 创 新 点五 预 期 成 果六 具 体 实 施 计 划七 能 源 是 国 民 经 济 的 基 本 支 撑 ， 是 人 类 赖 以 生 存 的 基 础 。 世 界 经 济 的现 代 化 ， 得 益 于 化 石 能 源 ： 石 油 、 煤 炭 、 天 然 气 与 新 能 源 ： 太 阳 能 ， 风能 ， 核 能 等 的 广 泛 应 用 。 然 而 ， 由 于 这 一 经 济 的 资 源 载 体 将 在 21世 纪 上半 叶 迅 速 的 接 近 枯 竭 ， 而 新 能 源 的 开 发 与 利 用 进

2、展 又 相 对 缓 慢 ， 原 料 链一 旦 断 裂 ， 必 将 导 致 世 纪 经 济 危 机 和 冲 突 的 加 剧 。 因 此 ， 能 源 回 收 便 被人 们 寄 予 厚 望 。一 、 项 目 背 景 （ 1） 通 过 资 料 查 询 和 文 献 阅 读 ， 了 解 当 前 压 电 能 量 采 集 器 悬臂 梁 结 构 设 计 以 及 提 出 的 应 力 均 匀 化 模 型 。（ 2） 学 习 相 关 理 论 知 识 、 数 学 处 理 方 法 和 仿 真 软 件 以 确 定 项目 的 具 体 的 研 究 范 畴 。（ 3） 利 用 有 限 元 软 件 ANSYS进 行 仿 真 ， 得

3、 出 各 种 类 型 质 量 块作 用 下 悬 臂 梁 应 力 分 布 图 并 分 析 其 能 量 收 集 效 率 。（ 4） 在 研 究 结 果 的 基 础 上 提 出 最 终 的 压 电 能 量 采 集 器 质 量 块优 化 解 决 方 案 。二 、 研 究 目 标 现 有 的 应 力 均 匀 化 模 型 ， 在 质 量 块 上 主 要 包 括 H型 ， U型 结 构 的 改 变 ， 而 在梁 结 构 上 则 包 括 梯 形 梁 /三 角 梁 设 计 。 这 种 设 计 可 以 使 沿 梁 伸 长 方 向 上 的 应 变 分布 情 况 趋 向 均 匀 。 理 论 分 析 发 现 ， 如 果

4、 梁 的 外 形 与 三 角 形 越 接 近 那 么 应 变 分 布情 况 越 好 ， 当 梯 形 梁 结 构 和 传 统 矩 形 梁 结 构 在 压 电 体 材 料 与 几 何 尺 寸 相 同 、 自由 端 振 子 质 量 相 同 、 梁 上 应 变 量 一 致 的 条 件 下 ， 梯 形 梁 的 输 出 功 率 比 传 统 矩 形梁 要 高 50%。 如 图 为 梁 优 化 实 物 图 及 力 学 分 析 ：三 、 研 究 思 路 传 统 结 构 中 ， 梁 在 固 定 端 的 应 变最 大 ， 在 自 由 端 的 应 变 最 小 ， 梁伸 长 方 向 上 从 固 定 端 到 自 由 端

5、，应 变 由 大 向 小 变 化 ， 变 化 幅 度 很大 。 当 梁 上 固 定 端 出 应 力 达 到 压电 材 料 的 应 力 极 限 时 ， 梁 自 由 端压 电 材 料 的 应 力 却 远 没 达 到 极 限 ，压 电 材 料 没 有 得 到 完 全 利 用 。 所 以 综 合 考 虑 ， 我 们 决 定 从 质 量 块 方 面 入 手 ， 对 质 量 块 的 结 构 进行 优 化 。 不 改 变 普 通 的 矩 形 梁 几 何 形 状 ， 从 悬 臂 梁 自 由 端 的 质 量 块 入手 ， 实 现 压 电 能 量 回 收 的 结 构 优 化 ， 使 压 电 材 料 的 利 用 率

6、 获 得 大 大 提高 。 针 对 在 振 动 时 质 量 块 与 悬 臂 梁 之 间 的 一 部 分 空 间 没 有 得 到 充 分 利用 的 情 况 ， 提 出 了 优 化 方 案 ， 即 曲 线 L 形 质 量 块 结 构 ， 如 图 所 示 ： 按 照 所 设 计 的 质 量 块 结 构 以 及 相 应 参 数 ， 使 用solidworks来 构 建 L形 质 量 快 的 模 型 ， 并 将 其 导 成 可直 接 被 ANSYS环 境 所 容 纳 的 文 件 ， 在 ANSYS环 境 下 对 L形 质 量 块 根 据 要 求 模 拟 的 施 加 约 束 ， 通 过 软 件 分 析 得

7、到 其 应 力 分 布 图 和 应 变 分 布 图 。 原 理 的 可 行性 由 材 料 力 学 的 相 关 知 识 我 们 可 以 知 道 ， 传 统 结 构 中 ， 梁 在 固 定 端 的 应 变 最 大 ， 在 自 由 端 的 应 变最 小 ， 梁 伸 长 方 向 上 从 固 定 端 到 自 由 端 ， 应 变 由 大 向 小 变 化 ， 变 化 幅 度 很 大 。 当 梁 上 固 定 端 出应 力 达 到 压 电 材 料 的 应 力 极 限 时 ， 梁 自 由 端 压 电 材 料 的 应 力 却 远 没 达 到 极 限 ， 压 电 材 料 没 有 得到 完 全 利 用 。 然 而 ，

8、L形 质 量 块 结 构 在 一 定 程 度 上 均 匀 化 了 悬 臂 梁 上 的 应 变 分 布 ， 提 高 了 压 电 能量 回 收 装 置 的 能 量 密 度 。方 法 的 可 行性 参 考 有 关 压 电 材 料 发 电 的 相 关 文 献 资 料 ， 我 们 知 道 能 量 回 收 结 构 优 化 具 有 重 要 意 义 ， 所 以 结 构优 化 的 是 有 很 大 的 发 展 空 间 的 ， 所 以 我 们 研 究 质 量 块 的 结 构 式 具 有 实 际 意 义 的 。 并 且 ， 利 用solidworks建 模 并 通 过 ANSYS仿 真 得 到 L形 质 量 块 的

9、应 力 分 布 是 完 全 可 行 的 。实 验 的 可 行性 据 现 有 的 悬 臂 梁 结 构 发 电 的 实 验 装 置 ， 我 们 不 难 确 定 L形 质 量 块 结 构 的 实 验 装 置 ， 所 以 用 实 验 来 验 证 L形 质 量 块 结 构 发 电 装 置 和 传 统 悬 臂 梁 结 构 发 电 实 验 装 置 的 特 性 是 完 全 可 行 的 。 四 、 可 行 性 分 析 L形 质 量 块 结 构 均 化 了 压 电 材 料 应 变 分 布 ，提 高 能 量 收 集 率 。L形 质 量 块 结 构 在 一 定 程 度 上 起 到 了 保 护 压电 材 料 的 作 用

10、 。五 、 创 新 点 （ 1） 得 到 使 用 L型质 量 块 时 压 电 材 料的 应 变 分 布 ， 以 及相 应 仿 真 数 据 。（ 2） 提 交一 份 详 细 的项 目 研 究 报告 。 （ 3） 发 表 一篇 论 文 。 六 、 预 期 成 果 2013年 4-2013年 8月 ， 初 步 设 计 方 案 并 建 立虚 拟 模 型 ， 完 成 L型 质 量 块 建 模 及 仿 真 ，确 认 符 合 实 物 性 质2013年 9月 -2013年 11月 ， 选 择 可 行 的 工 艺方 案 ， 并 根 据 所 选 的 工 艺 方 案 ， 优 化 初 步设 计 2013年 12月 -2014年 1月 ， 选 择 可 行 的 应 用方 案 ， 并 根 据 所 选 的 应 用 方 案 ， 再 次 优 化设 计 2014年 2月 -2014年 3月 ， 完 成 结 题 报 告 ， 整理 结 题 所 需 材 料2014年 4月 结 题七 、 具 体 实 施 计 划