专栏名称: COMSOL 多物理场仿真技术

致力于介绍COMSOL多物理场仿真技术，涉及声-结构、MEMS、数学等模块，教学sci文献案例，讲解仿真要点以及定期分享最新的声学超材料文献

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学术前沿 | 具有声学黑洞的超材料梁能量收集

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-12-28 21:27

正文

本文提出了一种改进的超材料压电梁，结合声学黑洞（ABHs）用于低频能量收集。声学黑洞嵌入在分布在主梁两侧的局部共振梁中。压电板附着在声学黑洞上，利用能量聚焦效应来增强能量收集性能。有限元仿真结果表明，与传统的没有声学黑洞的超材料共振梁相比，能量收集的电能提高了6.92倍。参数分析表明，增加局部共振器的数量和延长压电片的长度可以进一步提高能量收集性能。然而，减少声学黑洞的截断厚度能够提升能量收集效果，但会影响结构强度。延长声学黑洞的长度并在适当范围内增加负载电阻有利于能量收集。此外，最佳负载电阻随着频率的变化而变化。这些发现为改进超材料梁在未来应用中提供了有益的指导。

在本研究中，我们提出了一种改进的超材料梁能量收集器，采用了声学黑洞（ABH）结构。我们通过有限元仿真研究了其低频能量收集性能，并分析了各种系统参数对其性能的影响。得出的结论如下：

(1) 改进的超材料梁中的声学黑洞结构表现出能量聚焦效应，使得能量收集的电能相比于传统的超材料梁提高了6.92倍。

(2) 增加局部共振器的数量和压电片的长度可以显著提升能量收集性能。

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