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压电集能器是一种结构简单、易于微型化因而备受青睐的绿色能源收集设备。在国家自然科学基金(编号:11372282)资助下,本文研究了含机电耦合项的双稳态压电集能器的高能解。 首先,研究其未扰系统的动力学,由此可估计原系统的动力学。本文把集能系统看成一个整体,与其他相关工作不同,把机电耦合系数看成一般参数。由于把机电耦合项看成未扰项,因此如何将三维的双稳态集能系统降维为能方便使用Melnikov方法的二维系统成为本文的一个难题。对模型进行降维处理时,结合系统自身特点及研究目标,提出了基于其未扰系统的不变平面族对整个相空间进行分解研究的新方法——空间分解法。利用这个方法可得到未扰系统在不变平面族上的限制系统,并分类研究了这些二维限制系统。分类研究中,先利用卡当判别法判断了不同情形下限制系统的平衡点个数,再利用中心与焦点的判定定理、平面哈密顿系统的性质及Perron第一定理判断了平衡点的类型及同宿轨的存在性。结果表明,当机电耦合系数θ在(0,1)范围内,其未扰系统在这些不变平面υ+θx=d(-√4(1-θ2)3/27θ2<d<√4(1-θ2)3/27θ2)上的限制系统具备双稳态Duffing系统未扰系统的特征,具有跨双势阱的同宿轨及周期解。对于这些平面上的限制系统我们就可利用Melnikov方法进行下一步的研究了,这大大拓宽了Stanton等利用Melnikov方法研究该系统时机电耦合系数的范围。 然后,利用Melnikov方法研究了系统在特殊平面υ+θx=0(θ∈(0,1))上的限制系统,得到发生混沌的必要条件。接着又进一步分析了这个必要条件,并得到系统在什么条件下更易出现高能解。结果表明机电耦合系数θ对系统是否出现跨双势阱高能解及何时更易出现起着至关重要的作用。研究还表明θ在较大范围内可使双稳态压电集能系统产生跨势阱高能解,从而可极大地提高集能器的发电功率。 最后,利用WinPP动力学软件进行数值模拟,该结果与理论分析基本一致,从而验证了本文理论分析的正确性。