題 目：Efficient energy harvesting from ambient vibration

主講人： Marian Wiercigroch院士

講座時(shí)間：2025年10月29下午15:00

講座地點(diǎn)：行政樓101會(huì)議室

內(nèi)容簡(jiǎn)介：

環(huán)境振動(dòng)能量采集的效率取決于機(jī)械振蕩運(yùn)動(dòng)向電能的有效轉(zhuǎn)換。壓電材料因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換高效的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，其工作原理是基于機(jī)械應(yīng)變產(chǎn)生電荷。電磁與靜電轉(zhuǎn)換機(jī)制則分別通過利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)或電容變化來實(shí)現(xiàn)能量收集。為提高能量采集效率，通常采用共振調(diào)諧技術(shù)使器件固有頻率與環(huán)境振動(dòng)頻率匹配，從而實(shí)現(xiàn)能量捕獲的最大化。能量收集電路可進(jìn)一步優(yōu)化轉(zhuǎn)換過程，并將獲取的能量存儲(chǔ)以供后續(xù)使用。這種技術(shù)尤其適用于為偏遠(yuǎn)或難以抵達(dá)區(qū)域的傳感器等低功耗設(shè)備供電。

阿伯丁大學(xué)應(yīng)用動(dòng)力學(xué)中心提出了創(chuàng)新的能量采集范式：通過利用旋轉(zhuǎn)響應(yīng)替代存在停滯點(diǎn)且受靜摩擦影響的振蕩響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，首次提出了參激擺的動(dòng)態(tài)響應(yīng)理論，隨后引發(fā)了關(guān)于擺系統(tǒng)建模、實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)的大量研究。結(jié)果表明，處于旋轉(zhuǎn)工作模式的擺系統(tǒng)能夠收集顯著的電能。該中心的系統(tǒng)研究表明，擺的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)在能量采集效率與功率輸出方面均顯著優(yōu)于振蕩模式。以具有雙穩(wěn)態(tài)吸引子（旋轉(zhuǎn)與振蕩）的簡(jiǎn)單參激擺為例，其旋轉(zhuǎn)模式收集的功率可達(dá)振蕩模式的十倍。這是因?yàn)樾D(zhuǎn)響應(yīng)中的動(dòng)能始終不為零，且不存在運(yùn)動(dòng)停滯點(diǎn)。

報(bào)告人簡(jiǎn)介：

Marian Wiercigroch教授，英國(guó)皇家工程院院士、英國(guó)愛丁堡皇家學(xué)會(huì)院士，英國(guó)阿伯丁大學(xué)應(yīng)用動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域享有盛譽(yù)的“第六世紀(jì)講席教授”，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)研究中心創(chuàng)始主任，力學(xué)與機(jī)械工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《International Journal of Mechanical Sciences》主編，共振增強(qiáng)鉆進(jìn)技術(shù)創(chuàng)始人，擔(dān)任十余家國(guó)際期刊編委與重要國(guó)際會(huì)議的主旨報(bào)告人。主要從事理論與實(shí)驗(yàn)非線性動(dòng)力學(xué)及其工程應(yīng)用方面的研究，公開發(fā)表學(xué)術(shù)論文600余篇，總引用15000余次。重要榮譽(yù)包括：河北省頒發(fā)的燕趙友誼獎(jiǎng)、富布萊特高級(jí)訪問學(xué)者、羅茲科技大學(xué)榮譽(yù)博士，以及彼爾姆國(guó)立理工大學(xué)、阿根廷巴塞羅那研究所、燕山大學(xué)、寧波諾丁漢大學(xué)、西華大學(xué)、哈爾濱工程大學(xué)、南京航空航天大學(xué)與浙江大學(xué)榮譽(yù)客座教授。