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採掘振動激勵下壓電俘能器設計理論與方法/礦山數智化理論與技術叢書

  • 作者：張旭輝|責編:馬軍平//張大勇
  • 出版社：機械工業
  • ISBN：9787111805052
  • 出版日期：2026/06/01
  • 裝幀：平裝
  • 頁數：314
人民幣：RMB 168 元      售價：元
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內容大鋼
    本書是一部面向礦山智能化建設的壓電俘能技術著作。作者以煤礦井下複雜環境為場景，聚焦採掘機械振動能量的高效俘獲難題，提出創新性解決方案。全書以「理論突破-設計創新-工程應用」為主線，共9章，主要內容包括：壓電式振動能量俘獲原理與發展趨勢（第1、2章）、多穩態非線性拓頻機制（第3章）、新型磁力耦合結構（雙/三穩態）參數辨識（第4章）與窄帶隨機激勵優化策略（第5章）、線形-拱形組合梁式及陣列式俘能裝置（第6章）、壓電-熱電/磁電複合技術（第7章）與旋轉式三穩態壓電-電磁俘能器（第8章）、礦用壓電自俘能無線監測系統（第9章）。本書採用二維碼集成了11個相關實驗及建模視頻，以便讀者理解。
    本書兼具學術深度與工程指導，填補了特殊工況下振動能量高效俘獲的理論和技術空白，可作為振動能量俘獲、機械製造、礦山裝備智能化、新能源技術、電子信息等領域研究人員的參考書，也可作為高等院校相關專業本科生、研究生的參考教材。
作者介紹
張旭輝|責編:馬軍平//張大勇
    張旭輝，博士，三級教授，博士生導師，陝西省教學名師，陝西省特支計劃教學領軍人才，陝西省中青年科技創新領軍人才。現任西安科技大學創新創業學院院長，陝西省重點科技創新團隊帶頭人，陝西省礦山機電裝備智能檢測與控制重點實驗室常務副主任，國家能源局和國家礦山安全監察局煤礦智能化專家、中國力學學會高級會員。主要從事智能檢測與控制領域的研究，包括煤礦特種機器人、煤礦井下定位導航與智能控制，結構健康監測與狀態評估、複雜機電系統耦合建模與非線性動力學等。主持國家級虛擬模擬項目、國家級一流課程、國家一流專業建設點各1項，主持國家自然科學基金、國家綠色製造系統集成項目、陝西省重點研發計劃和企業攻關項目50余項。已發表學術論文300多篇，授權國家發明專利90余件，電腦軟體著作權20余項，主編/參編教材12部、國家/行業/省級標準9部。獲陝西省科學技術一等獎1項，二、三等獎4項，中國煤炭工業協會科學技術獎10余項。
目錄
前言
第1章  概述
  1.1  煤礦井下環境俘能技術應用潛力
  1.2  振動能量俘獲技術的發展
  1.3  壓電式振動能量俘獲技術
    1.3.1  壓電俘能結構創新設計
    1.3.2  非線性壓電俘能器系統建模與分析方法
    1.3.3  隨機激勵下壓電俘能器特性分析
    1.3.4  複合式振動能量俘獲技術
  1.4  煤礦井下採掘激勵能量俘獲技術
  1.5  本書結構及主要內容
第2章  能量俘獲技術基礎知識
  2.1  引言
  2.2  煤礦環境激勵分析
  2.3  能量俘獲技術
  2.4  磁力耦合振動俘能多物理場建模與求解
    2.4.1  構建多物理場耦合的數學模型
    2.4.2  磁力耦合振動的動力學方程
    2.4.3  模型解析方法
  2.5  本章小結
第3章  多場耦合單一組合梁結構非線性拓頻機制
  3.1  引言
  3.2  多穩態系統運動機理
  3.3  雙穩態壓電俘能器動力學建模與響應
    3.3.1  雙穩態壓電俘能器結構
    3.3.2  雙穩態壓電俘能器系統理論模型
    3.3.3  雙穩態壓電俘能器靜力學分析
    3.3.4  雙穩態壓電俘能器動力學分析
    3.3.5  雙穩態壓電俘能器實驗性能測試
  3.4  三穩態壓電俘能器動力學建模與響應特性
    3.4.1  三穩態壓電俘能器結構
    3.4.2  三穩態壓電俘能器系統動力學模型
    3.4.3  系統勢能與磁力分析
    3.4.4  三穩態壓電俘能器時域動力學特性分析
    3.4.5  三穩態壓電俘能器頻域動力學特性分析
    3.4.6  三穩態壓電俘能器實驗性能測試
  3.5  本章小結
第4章  新型組合梁式壓電俘能器非線性系統參數辨識
  4.1  引言
  4.2  參數辨識技術
    4.2.1  參數辨識研究現狀
    4.2.2  壓電俘能器參數辨識研究現狀
  4.3  壓電俘能器結構模型
    4.3.1  組合梁式壓電俘能器結構
    4.3.2  磁場非線性建模分析
    4.3.3  壓電俘能器系統動力學模型
  4.4  壓電俘能器力學參數辨識
    4.4.1  系統力學參數模型
    4.4.2  力學參數辨識數值驗證
  4.5  壓電俘能器電學參數辨識

    4.5.1  系統電學參數模型
    4.5.2  電學參數辨識數值驗證
  4.6  壓電俘能器系統參數辨識實驗分析
    4.6.1  實驗測試平台搭建及原理介紹
    4.6.2  變分模態分解
    4.6.3  壓電俘能器力學參數辨識
    4.6.4  壓電俘能器電學參數辨識
  4.7  本章小結
第5章  窄帶隨機激勵下拱形梁雙穩態壓電俘能器響應特性
  5.1  引言
  5.2  基於偏置磁距的勢阱非對稱性補償策略
  5.3  隨機激勵下系統動力學建模
    5.3.1  隨機激勵模擬
    5.3.2  窄帶隨機激勵下系統動力學模型
    5.3.3  系統等效線性固有頻率分析
  5.4  窄帶隨機激勵下拱形梁雙穩態壓電俘能器響應特性分析
    5.4.1  窄帶隨機激勵下勢阱非對稱性對響應特性的影響
    5.4.2  中心頻率對系統響應特性的影響
    5.4.3  激勵強度對系統響應特性的影響
  5.5  窄帶隨機激勵下壓電俘能器性能比較分析
  5.6  採掘激勵下壓電俘能器俘能特性研究
    5.6.1  煤層模型
    5.6.2  採煤機動力學模型
    5.6.3  採煤機截割方向加速度的提取
    5.6.4  在截割硬度為f4煤層的俘能特性分析
  5.7  本章小結
第6章  新型組合梁式壓電俘能器優化設計
  6.1  引言
  6.2  線形-拱形組合梁式壓電俘能器曲率優化研究
  6.3  線形-拱形組合梁式雙穩態壓電俘能器勢阱優化設計與研究
    6.3.1  雙穩態壓電俘能器結構
    6.3.2  雙穩態壓電俘能器系統動力學模型
    6.3.3  雙穩態壓電俘能器勢阱優化及動力學模擬分析
  6.4  陣列式壓電俘能器機電耦合建模與動態特性研究
    6.4.1  陣列式壓電俘能器結構
    6.4.2  陣列式壓電俘能器系統動力學模型
    6.4.3  簡諧激勵下陣列式壓電俘能器響應特性分析
    6.4.4  新型多方向陣列式壓電俘能器設計與分析
  6.5  本章小結
第7章  複合式俘能器建模分析與實驗研究
  7.1  引言
  7.2  壓電-熱電雙模式俘能器
    7.2.1  壓電-熱電雙模式俘能器結構設計
    7.2.2  壓電俘能器系統非線性建模分析
    7.2.3  壓電俘能器系統動力學響應特性分析
    7.2.4  熱電俘能器系統結構設計及分析
    7.2.5  雙模式俘能器系統實驗性能測試
  7.3  壓電-磁電雙模式俘能器
    7.3.1  壓電-磁電雙模式俘能器結構設計
    7.3.2  壓電-磁電雙模式俘能器建模分析

    7.3.3  壓電-磁電雙模式俘能器系統參數影響分析
    7.3.4  帶限隨機激勵下雙模式俘能器系統輸出特性分析
    7.3.5  壓電-磁電雙模式俘能器實驗驗證
  7.4  本章小結
第8章  低頻旋轉式三穩態壓電-電磁俘能器
  8.1  引言
  8.2  旋轉式壓電-電磁能量俘獲技術研究
  8.3  低頻旋轉式複合俘能器結構設計
    8.3.1  總體方案設計
    8.3.2  研究方案
  8.4  低頻旋轉式複合俘能器建模分析
    8.4.1  三維旋轉坐標系轉換
    8.4.2  系統非線性磁力建模
    8.4.3  系統機電耦合動力學建模
  8.5  低頻旋轉式複合俘能器系統參數分析
    8.5.1  離心效應對俘能器的影響
    8.5.2  參數對俘能器系統的影響
    8.5.3  磁鐵間距對系統回復力勢能的影響
  8.6  低頻旋轉式複合俘能器系統響應特性分析
    8.6.1  正向配置旋轉環境中俘能器響應特性
    8.6.2  反向配置旋轉環境中俘能器響應特性
    8.6.3  磁鐵間距對系統響應的影響
  8.7  低頻旋轉式複合俘能器系統實驗性能測試
    8.7.1  旋轉實驗測試平台
    8.7.2  功率測試與實際應用研究
  8.8  本章小結
第9章  礦用壓電自俘能無線監測系統搭建與測試
  9.1  引言
  9.2  系統總體方案
    9.2.1  煤礦井下環境檢測指標
    9.2.2  系統總體方案設計
  9.3  能量管理模塊設計
    9.3.1  能量收集電路搭建
    9.3.2  新型能量管理電路搭建
  9.4  無線通信模塊設計
    9.4.1  無線通信及信息處理模塊選擇
    9.4.2  無線通信模塊設計
    9.4.3  無線監測節點軟體整體設計
    9.4.4  監測界面程序設計
  9.5  系統測試與驗證
    9.5.1  無線監測節點性能測試
    9.5.2  系統實際應用測試
  9.6  本章小結
參考文獻

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