非线性铰接双浮体波能转换器的能量捕获特性研究

本文针对传统铰接浮体线性波能转换器捕获效率低、频带窄的固有瓶颈，提出一种可用于铰接浮体波能转换器的简易负刚度机构，可作为一种被动方法提高系统的波能捕获效率。首先，提出一款简单紧凑的负刚度装置，该装置通过在铰接浮体间布置简单的拉伸弹性元件实现；其次，基于线性波浪理论和Cummins方程，建立两模块非线性波能转换器的时域动力学模型，同时为提高计算速度，采用状态空间模型替代表征波浪辐射力的卷积积分项；最后，分析规则波作用下两模块非线性波能转换器的波能转换特性。数值结果表明，通过引入非线性负刚度机构，可有效降低系统的等效固有频率；当负刚度机构调整到适当参数时，系统的弹性力在纵摇运动的相平面上能形成一个椭圆势井，其长轴接近铰接双浮体纵摇运动的模态方向，由此可使两模块的纵摇运动趋于反向，起到被动相位控制的作用。基于上述机理，合适的非线性负刚度结构可有效提高能量的捕获效率和拓宽能量吸收的频带。