波浪与柔性压电膜结构相互作用的简化模型分析

应用力学学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (5) : 1174 -1181.

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摘要

压电材料可以用来捕获海洋波浪能，将波能直接转化为电能。将压电膜与柔性膜相结合构成潜式防波堤结构，可以作为一种新型的波能转换装置，同时具有波能发电和消波的双重功能。本研究推导了柔性压电膜结构的无量纲运动方程，并基于势流理论利用数值波浪水槽模拟研究了波浪与柔性压电膜结构的相互作用。给出了柔性压电膜结构附加质量的预测方法，并讨论了影响柔性压电膜结构运动响应的主要控制参数。波浪作用下柔性压电膜结构的运动响应满足非线性振动微分方程，非线性项由无量纲膜结构弹性模量E^*控制。获得了柔性压电膜结构的共振周期，并给出柔性压电膜结构的无量纲附加质量的计算拟合公式;当无量纲初始张力■取值在1.31×10^-5～6.33×10^-4时，给出了柔性压电膜线性与非线性响应临界控制参数E^*的范围。