二维声学黑洞应用于压电振动能量收集

来源：振动与冲击杂志2024年第7期北京时间：

作者：陈兵，张杨坤，任江，尹忠俊

单位：北京科技大学机械工程学院，北京100083

摘要：声学黑洞（Acoustic Black Hole，ABH）效应可以产生强烈的能量集中，能够将高频率低振幅的低品质振动能量转化为高振幅的高品质振动能量，从而便于利用。本文提出并研究了一种环形二维声学黑洞压电能量收集装置。有限元分析结果表明，环形二维ABH结构能在宽频域内显著提高能量收集效率。搭建了环形二维声学黑洞压电能量收集器实验测试平台，通过实验验证了仿真结果的正确性。与经典二维ABH结构相比，环形二维ABH结构具有更好的能量收集效率和结构强度。分析了压电片几何尺寸等因素对装置能量收集效率的影响，得到了能获得较高输出功率的几何尺寸范围，并进行了正交试验设计，研究了截断厚度、压电片尺寸、中央平台直径、幂指数等多因素的综合影响。

关键词：弹性波；声学黑洞；能量收集；机电耦合