随着科技的进步以及人们对于生存环境的逐渐重视,针对新能源技术的研究成为了众多科研工作者的研究热点,基于压电效应的振动能量采集技术作为新能源领域的一大亮点近年来备受关注。压电能量采集技术具有响应快、无污染、寿命长、结构简单且易于组装等优点。该项技术集合了机械、力学、材料、电子等众多学科的知识,为交叉性研究领域。本课题以双稳态悬臂梁结构压电能源采集器为研究对象,分析其发电效应与非线性动力学特性。本文既有理论研究也进行了实验研究,将双稳态压电悬臂梁与单稳态结构的发电能力进行对比,分析其发电的优势。基于传统的双稳态压电悬臂梁模型,设计了一系列的优化模型,对各优化模型进行压电发电分析。对传统双稳态压电悬臂梁进行发电特性与非线性动力学实验研究。推导传统双稳态压电悬臂梁机电耦合方程,分析其发电特性与动力学响应,与实验结果进行对比分析。对优化结构中发电效果较好的纵向辅磁双稳态压电悬臂梁模型进行发电特性与非线性动力学实验研究。推导纵向辅磁双稳态压电悬臂梁模型的动力学方程,数值分析,研究发电特性与动力学响应,将实验结果与理论结果对比分析。论文的研究内容分为以下几部分。(1)比较双稳态与单稳态压电悬臂梁发电能力的强弱,基于传统双稳态压电悬臂梁模型建立一系列优化模型,比较不同优化模型的压电发电能力。(2)对传统双稳态压电悬臂梁进行动力学实验研究。分析系统的刚度特性,利用位移的正向和逆向扫频,研究系统的软硬弹簧特性。进行动力学行为分析,研究外激励、磁铁之间的距离对于系统动力学行为的影响。(3)考虑曲率非线性以及磁力非线性,应用Hamilton原理建立传统双稳态压电悬臂梁的动力学方程。分析了系统的应变能。对动力学方程进行数值模拟,分析了分叉图、时间历程图、相图、幅值谱和Poincare截面图,分别研究了外激励振幅、外激励频率、阻尼系数及压电参数等参数对系统动力学特性的影响。(4)对纵向辅磁双稳态压电悬臂梁进行动力学实验研究。分析系统的刚度特性,利用位移的正向和逆向扫频,研究系统的软硬弹簧特性。进行动力学行为分析,研究外激励、主磁铁之间的距离、主磁铁与辅助磁铁之间的距离对于系统动力学行为的影响。(5)考虑曲率非线性、磁力非线性以及惯性非线性,考虑梁的弯曲变形引起的缩回,考虑磁铁转动引起的缩回。应用Hamilton原理建立纵向辅磁双稳态压电悬臂梁的动力学方程。分析系统的应变能。对动力学方程进行数值模拟,分析分叉图、时间历程图、相图和幅值谱,分别研究了外激励振幅、外激励频率以及阻尼系数对系统动力学特性的影响。