多稳定复合材料层板非线性振动及其宽频能源收集系统设计

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11372087
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A0807.复合材料与结构力学
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The vibration energy harvesting technology based on piezoelectric materials is one of the hot topics in the energy harvesting. However, the conventional linear vibration energy harvesting system is hard to be adaptive in the different environment. The multi-stable laminates can offer multiple stable geometric configurations. Its vibration behavior between the two stable configurations is potential to improve the energy output and the bandwidth of the energy harvesting system. In this project, the nonlinear vibration energy harvesting system based on the multi-stable composite laminate is studied. We will establish the dynamical model of the multi-stable composite laminates, and the dynamic response of multi-stable composite laminates at different excitation frequencies and amplitudes. The coupling effect between multi-stable laminates and piezoelectric ceramics are analyzed by theoretical method, and the efficiency of the vibration energy harvesting system is predicted. The design method and the manufacturing technology for bonding the multi-stable laminates and piezoelectric ceramics will be investigated. The optimization theory for the non-linear energy harvesting system will be presented and the key optimization parameters will be obtained. This project will provide the fundamental models and analysis methods for the application of non-linear energy harvesting systems on frequency varying structures.
基于压电材料的振动能量收集是能源收集研究最活跃的领域之一,而传统的线性振动能量收集系统难以适应振动频率不断发生变化的环境。多稳定复合材料层板具有多个稳定构型,其跨构型跳变临界点的振动特性可有效增加能量收集系统的能量输出和工作频带宽度。本项目将提出基于多稳定复合材料层板的宽频能源收集系统概念和设计方法。重点解决多稳定层合板的跨跳变临界点的分叉动力学行为分析问题,掌握多稳定层合板在不同振动激励下动力学响应的分析方法;建立多稳定层合板和压电材料的力电耦合模型,发展并掌握非线性宽频能量收集系统的能量收集效率预报模型;解决压电陶瓷与多稳定复合材料层合板的粘接界面设计方法以及复合工艺;掌握该能量收集系统的优化理论以及关键参数的优化模型。通过对非线性能量收集系统的系统研究,为其在多种振动环境中的匹配设计和应用奠定理论基础并提供分析方法。

结项摘要

多稳定振动能量收集是有望解决系统设计复杂性、系统工作频带以及能源收集效率低等难题的重要技术途径。本项目建立了双稳定复合材料压电能量收集器构型预报和动力学分析模型,与实验研究相结合,给出了铺层、结构几何等参数对能量收集效果的影响规律。提出了基于反对称双稳定复合材料层板二阶模态的高频(>50 Hz)振动能量收集方法,提出了对称混杂双稳定压电能量收集器的设计方法,研究发现Cross well(跨势能阱)振动可大幅提高压电陶瓷利用效率,最大功率密度可达225.9mW/cm3 。通过共固化工艺,解决了压电陶瓷与多稳定复合材料层合板的界面问题;研究了双稳态压电能量收集器的储能和电路设计,建立了其能量收集评估方法,项目共发表学术论文篇9,其中SCI论文7篇。获授权国家发明专利4项。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(4)
混杂薄膜天线层的双稳态复合材料层板力电性能分析
  • DOI:
    10.13801/j.cnki.fhclxb.20170621.001
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    复合材料学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡建强;潘殿坤;戴福洪
  • 通讯作者:
    戴福洪
The morphing bi-stable glass fiber-reinforced polymer laminates actuated by embedded electrothermal alloy
嵌入电热合金驱动的变形双稳态玻璃纤维增​​强聚合物层压板
  • DOI:
    10.1177/1045389x14521876
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    JOURNAL OF INTELLIGENT MATERIAL SYSTEMS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Li Hao;Dai Fuhong;Du Shanyi
  • 通讯作者:
    Du Shanyi
Pattern Reconfigurable Antenna Based on Morphing Bistable Composite Laminates
基于变形双稳态复合层压板的方向图可重构天线
  • DOI:
    10.1109/tap.2017.2677258
  • 发表时间:
    2017-05-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Hu, Jianqiang;Lin, Shu;Dai, Fuhong
  • 通讯作者:
    Dai, Fuhong
Broadband energy harvesting by exploiting nonlinear oscillations around the second vibration mode of a rectangular piezoelectric bistable laminate
利用矩形压电双稳态层压板第二振动模式周围的非线性振荡来收集宽带能量
  • DOI:
    10.1088/0964-1726/24/4/045024
  • 发表时间:
    2015-03
  • 期刊:
    SMART MATERIALS AND STRUCTURES
  • 影响因子:
    4.1
  • 作者:
    Li Hao;Dai Fuhong;Du Shanyi
  • 通讯作者:
    Du Shanyi
The influence of lay-up design on the performance of bi-stable piezoelectric energy harvester
叠层设计对双稳态压电能量采集器性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.compstruct.2016.11.026
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    COMPOSITE STRUCTURES
  • 影响因子:
    6.3
  • 作者:
    Pan, Diankun;Li, Yanqi;Dai, Fuhong
  • 通讯作者:
    Dai, Fuhong

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其他文献

RTM工艺注模过程模拟的有限单元/
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  • 作者:
    戴福洪;张博明;杜善义
  • 通讯作者:
    杜善义
复杂形状三维薄壁构件RTM制造工
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    戴福洪;张博明;杜善义
  • 通讯作者:
    杜善义
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    戴福洪;张博明;杜善义
  • 通讯作者:
    杜善义
一种光纤树脂流动监测传感器
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  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
    戴福洪;张博明;杜善义
  • 通讯作者:
    杜善义
基于均匀化方法的单向纤维增强体
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  • 发表时间:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    戴福洪;张博明;杜善义
  • 通讯作者:
    杜善义

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戴福洪的其他基金

双稳态复合材料天线结构力电耦合分析及其设计方法
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    11772107
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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

        graph TD
          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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