쌍안정 에너지 수확기의 비선형 응답 특성을 고려한 최적화

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확장요약문

비선형 진동 기반 에너지 수확기는 넓은 주파수 영역에서 높은 에너지 수확 성능을 확보하기 위한 방법으로 널리 연구되고 있다. 특히 자기적으로 결합된 2 자유도 쌍안정 에너지 수확기는 두 진동계 사이의 비선형 결합으로 인해 다양한 주기응답과 복잡한 주파수응답 특성을 나타낸다. 이러한 시스템에서는 interwell 응답 과정에서 기본 조화성분뿐만 아니라 고차 조화성분이 유의하게 나타날 수 있으며, 응답 분지에 따라 서로 다른 동적 특성이 나타난다. 본 연구에서는 2 자유도 쌍안정 에너지 수확기의 비선형 응답 특성과 에너지 수확 성능 사이의 관계를 분석한다. 조화균형법을 이용하여 주요 주기응답 및 응답 분지의 특성을 살펴보고, 비선형 응답에 포함된 고차 조화성분이 출력 특성에 미치는 영향을 검토한다. 또한 외부 부하저항에 따른 에너지 수확 성능의 변화를 분석하여, 비선형 진동 특성을 고려한 성능 최적화 조건을 살펴본다. 특히 고차 조화성분이 유의한 경우에는 기본 조화성분만을 고려한 임피던스 정합과 실제 최적 부하조건 사이에 차이가 발생할 수 있으며, 비선형 응답의 주파수 특성을 함께 고려하는 것이 중요하다. 본 연구를 통해 2 자유도 쌍안정 에너지 수확기의 비선형 동역학적 특성과 에너지 수확 성능 최적화 사이의 관계를 논의한다.