[發明專利]一種摩擦納米發電機的力電耦合分析方法

在審

• 申請號: 202210935520.6
• 申請日: 2022-08-04
• 公開（公告）號: CN115208232A
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發明（設計）人: 徐鵬程;沈輝;關棟;李競;張純;田逸清
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;G06F30/17;G06F30/20;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 沈良菊

1.一種摩擦納米發電機的力電耦合分析方法，其特征在于：包括以下步驟，

將兩片摩擦納米發電機(1)安裝到實驗臺上，使兩片發電機能發生接觸和分離運動，對其進行力學和電學測試，測試時兩片摩擦納米發電機(1)發生接觸和分離運動，得到受力和位移間的關系圖以及摩擦納米發電機(1)的電壓輸出數據；

分別建立兩片摩擦納米發電機(1)在接觸和分離時的鍵合圖模型，推導出系統狀態方程；

將鍵合圖模型轉化為對應的方塊圖，結合方塊圖和實際運行條件，建立摩擦納米發電機(1)動態仿真模型；

通過實驗數據來求取鍵合圖模型所對應的具體參數數值，代入動態仿真模型，得到仿真實驗中的電壓數據，將仿真實驗中的電壓數據和實際實驗得到的電壓輸出數據進行比較，驗證鍵合圖模型的有效性；

分析鍵合圖模型的不同參數，得到不同參數對摩擦納米發電機(1)輸出性能產生的影響。

2.如權利要求1所述的摩擦納米發電機的力電耦合分析方法，其特征在于：兩片摩擦納米發電機(1)接觸時的鍵合圖模型為，

設系統狀態變量X＝[p₂ q₅ q₉]^T，輸入變量U＝[Se₁]；

各儲能元件特性方程如下：

各阻性元件特性方程如下：

由因果關系和功率流方向得到的流方程、勢方程如下，

其中，f₂＝f₃＝f₄,e₄＝e₅＝e₆＝e₇,f₇＝f₈＝f₉；

Se₁為摩擦納米發電機(1)接觸過程的勢輸入機械力，I₂為摩擦納米發電機(1)在接觸前儲存的能量(m₁為摩擦納米發電機(1)的質量，p₂為摩擦納米發電機(1)具有的動量)，R₃為摩擦納米發電機(1)接觸前克服空氣阻力消耗的能量，C₅代表兩塊摩擦納米發電機(1)接觸的瞬間，兩塊摩擦納米發電機(1)表面發生彈性形變儲存的能量，R₆為接觸瞬間產生的塑性變形、聲波以及慣性能量消耗的能量，e₆為R₆部分能量的統一勢變量力，R₈為接觸瞬間接觸放電消耗的能量,C₉為接觸瞬間產生的接觸電荷，e₃為空氣阻力的勢變量力，e₄為鍵合圖模型4號鍵的勢變量，e₅為彈性變形儲能的勢變量力，e₇和f₇分別為接觸鍵合圖模型7號鍵的勢變量和流變量，表示能量流動方向，e₈為發生接觸放電的勢變量電壓，f₂為摩擦納米發電機(1)儲存能量的流變量速度，f₃為空氣阻力的流變量速度，f₄為鍵合圖模型4號鍵的流變量，f₈為發生接觸放電的流變量電流,f₉為接觸電荷的流變量電流，k2為恢復彈性變形過程中的彈性系數，q11為恢復彈性變形中的廣義位移，p12為分離過程中摩擦納米發電機(1)的廣義動量，分別為狀態變量p2、q5、q9的一階導數。

3.如權利要求2所述的摩擦納米發電機的力電耦合分析方法，其特征在于：

接觸時的系統狀態方程為，

其中，k₁為發生彈性變形的彈性系數，p2、q5、q9分別為鍵合圖元2的廣義動量、鍵合圖元5的廣義位移和鍵合圖元9的廣義位移，分別為狀態變量p2、q5、q9的一階導數。