[发明专利]一种摩擦纳米发电机的力电耦合分析方法

权利要求书

1.一种摩擦纳米发电机的力电耦合分析方法，其特征在于：包括以下步骤，

将两片摩擦纳米发电机(1)安装到实验台上，使两片发电机能发生接触和分离运动，对其进行力学和电学测试，测试时两片摩擦纳米发电机(1)发生接触和分离运动，得到受力和位移间的关系图以及摩擦纳米发电机(1)的电压输出数据；

分别建立两片摩擦纳米发电机(1)在接触和分离时的键合图模型，推导出系统状态方程；

将键合图模型转化为对应的方块图，结合方块图和实际运行条件，建立摩擦纳米发电机(1)动态仿真模型；

通过实验数据来求取键合图模型所对应的具体参数数值，代入动态仿真模型，得到仿真实验中的电压数据，将仿真实验中的电压数据和实际实验得到的电压输出数据进行比较，验证键合图模型的有效性；

分析键合图模型的不同参数，得到不同参数对摩擦纳米发电机(1)输出性能产生的影响。

2.如权利要求1所述的摩擦纳米发电机的力电耦合分析方法，其特征在于：两片摩擦纳米发电机(1)接触时的键合图模型为，

设系统状态变量X＝[p₂ q₅ q₉]^T，输入变量U＝[Se₁]；

各储能元件特性方程如下：

各阻性元件特性方程如下：

由因果关系和功率流方向得到的流方程、势方程如下，

其中，f₂＝f₃＝f₄,e₄＝e₅＝e₆＝e₇,f₇＝f₈＝f₉；

Se₁为摩擦纳米发电机(1)接触过程的势输入机械力，I₂为摩擦纳米发电机(1)在接触前储存的能量(m₁为摩擦纳米发电机(1)的质量，p₂为摩擦纳米发电机(1)具有的动量)，R₃为摩擦纳米发电机(1)接触前克服空气阻力消耗的能量，C₅代表两块摩擦纳米发电机(1)接触的瞬间，两块摩擦纳米发电机(1)表面发生弹性形变储存的能量，R₆为接触瞬间产生的塑性变形、声波以及惯性能量消耗的能量，e₆为R₆部分能量的统一势变量力，R₈为接触瞬间接触放电消耗的能量,C₉为接触瞬间产生的接触电荷，e₃为空气阻力的势变量力，e₄为键合图模型4号键的势变量，e₅为弹性变形储能的势变量力，e₇和f₇分别为接触键合图模型7号键的势变量和流变量，表示能量流动方向，e₈为发生接触放电的势变量电压，f₂为摩擦纳米发电机(1)储存能量的流变量速度，f₃为空气阻力的流变量速度，f₄为键合图模型4号键的流变量，f₈为发生接触放电的流变量电流,f₉为接触电荷的流变量电流，k2为恢复弹性变形过程中的弹性系数，q11为恢复弹性变形中的广义位移，p12为分离过程中摩擦纳米发电机(1)的广义动量，分别为状态变量p2、q5、q9的一阶导数。

3.如权利要求2所述的摩擦纳米发电机的力电耦合分析方法，其特征在于：

接触时的系统状态方程为，

其中，k₁为发生弹性变形的弹性系数，p2、q5、q9分别为键合图元2的广义动量、键合图元5的广义位移和键合图元9的广义位移，分别为状态变量p2、q5、q9的一阶导数。