力学季刊

作者：李志楠, 郝冠男, 于然, 张帅, 卢立欣

关键词：压电俘能；水滴冲击；动态响应；力电耦合

针对水滴冲击超疏水表面压电悬臂梁的动态俘能过程，建立了水滴冲击力模型，根据欧拉-伯努利梁理论构建了压电悬臂梁力电耦合预测模型．搭建了水滴冲击试验台，测试了多种冲击参数下（水滴直径Dd = 2.4~4.4 mm和冲击速度Vd = 1.0~3.4 m/s）压电梁的动态响应特性，设计混合水平正交实验L18(36×61)，分析了不同结构参数对压电梁输出总电能和峰值电压的影响规律．结果表明，水滴冲击激励作用下压电悬臂梁末端最大变形与输出峰值电压之间始终呈线性关系．水滴在低韦伯数和高韦伯数条件下分别呈现“反弹”特性和“飞溅”特性，且实验结果与模型预测结果均高度一致，验证了模型的适用性和准确性．悬臂梁基础层厚度是影响电学响应的关键因素，且存在最优结构尺寸使其电学输出达到最大．随悬臂梁长度的增大，抗弯刚度逐渐减小，输出电压和总电能逐渐增大；但电能密度呈现先增大后减小的趋势，在悬臂梁长度L = 35 mm时达到最大dE = 4.27 mJ/m2．研究结果还可以为后续小尺寸压电梁的结构优化提供参考依据．

来源：2025年第3期

《力学季刊》期刊编辑部

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