4、提升环境应变能量收集的拉胀设计

提升环境应变能量收集的拉胀设计

在当今的能源收集领域，如何在低应变环境中高效收集能量是一个重要的研究方向。某些设计能够让低应变（<200 me）环境更适合进行能量收集，为许多结构健康监测应用就地产生足够的能量。像塔上的风荷载、建筑物托梁上行人的走动，或者桥梁上车辆的通行所引起的微小振动，都可以成为远程传感器节点的充足能量来源。

拉胀区域设计与测试

为了进一步推进相关研究，对之前的模型进行了改进。将能量收集器尺寸增大，把压电材料从陶瓷 PZT 换成了更具柔韧性的 MFC，并在基底中尝试了一些不同的拉胀设计。然后在实验室条件下对优化后的设计进行了测试，目标是提高其功率输出，使其成为结构健康监测传感器更可靠的能量来源。

模型共性

使用 COMSOL Multiphysics 5.3b 对潜在的拉胀能量收集器设计进行建模，并利用优化模块为每个拉胀区域寻找最佳参数。该模型基于之前经过验证的概念验证模型，借助优化模块能够更快速地探索更多设计空间。整体尺寸增大后，基底中可以采用更复杂的拉胀几何形状。

以下是 COMSOL 模型中使用的参数值：
| 部件 | 参数 | 值 | 单位 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 压电层 | 长度（Lp） | 85 | mm |
| 压电层 | 宽度（Wp） | 60 | mm |
| 压电层 | 厚度（tp） | 0.3 | mm |
| 压电层 | 电阻（R） | 47.9 | kW |
| 胶水 | 厚度（tg） | 8 | mm |
| 薄弹性层（TEL） | ka | 16.5 | GN/