多稳态振动能量俘获的非线性宽频机理及其优化控制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51575426
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

When supplying power to the embedded health monitoring, vibration energy harvesting is required to operate with long-term lifespan in stochastic variable ambient excitation. Nonlinear electromechanical coupling model, potential well function and bifurcation broadband mechanism of multistable energy harvesters are not completely investigated, and the transfer control of high-energy orbit is not successfully resolved. To overcome those issues, the electromechanical coupling mechanism for the variable condition of magnetic excitation, load and temperature is investigated to establish the nonlinear coupling model with nonlinear elasticity and hysteresis. The new calculating method of nonlinear potential well function is also presented to consider the effect of magnetic field distribution and structure parameter. Nonlinear system parameter identification for multistable energy harvesters under different excitation jumping frequency is proposed. Moreover, the steady and analytic solution of multistable energy harvesters are discussed to obtain the nonlinear bifurcation broadband mechanism. Performance optimization and control of nonlinear energy harvesters under stochastic noise and external disturbance are derived. Accordingly, the control strategy of driving the multistable system to high-energy orbits is proposed.. This project will be helpful to enhance the development of embedded health monitoring of human body and key structures such as engines, wings and blades.
振动能量俘获为嵌入式健康监测供能时,需要长期工作于随机多变的环境激励下,多种非线性耦合的力电模型、非线性势井的影响规律以及多稳态非线性分岔宽频机理尚未解明,同时,实现高能输出的多稳态非线性状态迁移方法未能很好解决。本项目针对这些问题,探究压电材料在磁场激励、应力载荷和温度多变环境下的力电耦合关系变化机理,提出考虑非线性弹性变形和迟滞的非线性力电耦合模型;研究空间磁场分布和结构尺寸等导致系统非线性势井不对称的影响因素,提出非线性势井函数的计算方法;研究多稳态俘能系统的稳态和解析解方法,提出不同激励跳跃频率下非线性系统模型参数辨识方法,获取多稳态非线性分岔高效宽频机理;推导出非线性俘能系统在随机噪声和外部扰动激励下的性能优化与控制方法,获得多稳态系统向高能轨道迁移的控制规律。.本项目研究对推动发动机、机翼和叶片等关键结构及人体的嵌入式健康监测技术发展,具有重要的理论和工程价值。

结项摘要

振动能量俘获为嵌入式健康监测供能时,需要长期工作于随机多变的环境激励下,非线性耦合的力电模型、非线性势井的影响规律以及多稳态非线性分岔宽频机理尚未解明,同时,实现高能输出的多稳态非线性状态迁移方法未能很好解决。本项目针对这些问题,提出了旋转磁耦合振动能量俘获方法,探究压电材料在磁场激励和应力载荷多变环境下的力电耦合关系变化机理,研究了考虑非线性弹性变形和迟滞的非线性力电耦合模型;研究空间磁场分布和结构尺寸等导致系统非线性势井不对称的影响因素,提出非线性势井函数的计算方法和增强其性能的策略;研究了多稳态俘能系统的稳态和解析解方法,提出了不同激励跳跃频率下非线性系统模型参数辨识方法,获取多稳态非线性分岔高效宽频机理;推导出非线性俘能系统在随机噪声和外部扰动激励下的性能优化与控制方法,获得多稳态系统向高能轨道迁移的控制规律。. 同时研究了轴承、人体运动嵌入式健康监测供能的理论模型和智能结构,设计了原理样机和实验系统,实验结果满足工程应用需求。本项目研究对推动高铁、风机和轴承等关键结构及人体的嵌入式健康监测技术发展,具有重要的理论和工程价值。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
Nonlinear time-varying potential bistable energy harvesting from human motion
从人体运动中采集非线性时变潜在双稳态能量
  • DOI:
    10.1063/1.4932947
  • 发表时间:
    2015-10-05
  • 期刊:
    APPLIED PHYSICS LETTERS
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Cao, Junyi;Wang, Wei;Lin, Jing
  • 通讯作者:
    Lin, Jing
Theoretical modeling and experimental verification of circular Halbach electromagnetic energy harvesters for performance enhancement
圆形 Halbach 电磁能量收集器性能增强的理论建模和实验验证
  • DOI:
    10.1088/1361-665x/aad710
  • 发表时间:
    2018-09-01
  • 期刊:
    SMART MATERIALS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Zhang, Ying;Cao, Junyi;Lin, Jing
  • 通讯作者:
    Lin, Jing
Fractional-order model and experimental verification for broadband hysteresis in piezoelectric actuators
压电执行器宽带磁滞的分数阶模型及实验验证
  • DOI:
    10.1007/s11071-019-05128-w
  • 发表时间:
    2019-12-01
  • 期刊:
    NONLINEAR DYNAMICS
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Ding, Changshun;Cao, Junyi;Chen, YangQuan
  • 通讯作者:
    Chen, YangQuan
Modular kinematics and statics modeling for precision positioning stage
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  • DOI:
    10.1016/j.mechmachtheory.2016.10.009
  • 发表时间:
    2017-01-01
  • 期刊:
    MECHANISM AND MACHINE THEORY
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Ling, Mingxiang;Cao, Junyi;Lin, Jing
  • 通讯作者:
    Lin, Jing
Enhanced mathematical modeling of the displacement amplification ratio for piezoelectric compliant mechanisms
压电柔性机构位移放大率的增强数学建模
  • DOI:
    10.1088/0964-1726/25/7/075022
  • 发表时间:
    2016-07-01
  • 期刊:
    SMART MATERIALS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Ling, Mingxiang;Cao, Junyi;Inman, Daniel J.
  • 通讯作者:
    Inman, Daniel J.

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  • 通讯作者:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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