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延伸式簡支梁壓電能量採集器之設計與分析

為了解決triple s短彈簧的問題，作者曾鉅翔 這樣論述：

傳統的壓電懸臂梁能量採集器末端位移大且應變分佈不均，相較之下，簡支梁則有更佳的應變分佈且端點位移也較小，但其卻有較高之共振頻率。本研究基於簡支梁提出一種延伸式簡支梁壓電能量採集器，在簡支梁上佈滿PVDF壓電片作為主梁，並使用滾軸及轉軸固定兩端點的側向位移，而在轉軸另外一端外加延伸梁和末端質量，透過延伸梁長度和末端質量調整共振頻率。本研究理論模型使用古典梁理論與壓電本構方程式作為基礎，在滾軸及轉軸外加扭力彈簧與主梁施加軸向預力，建立其理論模型，將無外加扭力彈簧與軸向預力的設計作為原型，使用不同延伸梁長度及基底激振加速度以實驗結果驗證，並透過改變理論模型中的扭力彈簧常數與軸向預力大小，討論各參數

對延伸式簡支梁性能的影響。實驗結果顯示，在相同共振頻率的條件下，延伸梁長度越短，壓電片最大應變越大。模擬結果顯示，在相同共振頻率與壓電片最大應變一致的條件下，對主梁施加適當軸向預壓力，可以使其應變分佈更均勻。以延伸梁長度20 mm的延伸式簡支梁原型設計與懸臂梁的實驗結果相比，在相同加速度與共振頻率一致的條件下，由於延伸式簡支梁應變分佈較均勻，其輸出電壓較高，末端位移也較小，最大輸出功率可提升約86 %，末端位移可減少約63.2 %。