基于轴向挤压后屈曲模态的双稳态结构, 其跳转力、保持力和跳转行程等双稳态特征与预应力分布和后屈曲模态密切相关, 使得难以通过仅调整预压缩量来实现特定双稳态指标的设计。本文提出引入局部加强体调控预压双稳态梁临界屈曲载荷、应力分布及跳转特征的方法, 建立了具有对称局部加强体的预压双稳态梁跳转分析模型, 分析了预应力、加强体尺寸参数和位置对屈曲临界载荷、跳转力和行程的影响规律。结果表明: 局部加强体不影响原结构跳转力和保持力相等的特征; 与尺寸参数相比加强体位置参数对跳转力有较大影响, 随着位置的变化, 跳转力存在由大变小再变大的变化过程, 且调控同行程双稳态梁跳转力的幅度可达17.04%; 跳转行程主要依赖于局部加强体的刚度和所承受的预应力。

设计了一种安装在鞋上的压电俘能器(PEH), 用于收集人体行走时产生的能量。该俘能器由4根压电悬臂梁和1个弹簧-质量系统组成。弹簧-质量系统能够感知沿径骨轴的加速度激励, 并通过磁耦合驱动压电梁振动从而发电。文中通过拟合实验数据获得加速度信号表达式; 然后, 建立仿真模型, 对俘能器的发电性能进行了仿真分析。最后, 加工了实验样机, 并实验测试了俘能器的发电性能。结果表明, 当受到沿胫骨方向的激励时, 压电梁在一个步态周期内可被弹簧-质量系统激励多次从而产生多个峰值电压; 受到沿胫骨和脚面两个方向激励时, 压电梁的发电性能比只受到单一方向激励时好。当步行速度为2~8 km/h时, 每根压电梁的峰值电压可达到10 V。该俘能器能够从人体行走的超低频运动中收集能量, 并能够同时收集两个方向的加速度能量, 提高了压电梁的发电性能。