能源是当今世界经济社会发展的重要物质基础,对经济繁荣、民生改善和国家安全至关重要。能源的消耗会产生余热,余热的排放形式复杂,无法大规模有效利用,不仅造成能源的浪费,也与当前建设资源节约型、环境友好型的社会发展需求不协调。为了解决能源消耗产生的余热收集问题,国内外通过研究智能材料间接转换余热而发电,形成了多种二次能源重复利用的技术与方法。本文将基于国家自然科学基金项目《压电与形状记忆合金复合型热能发电技术与方法研究》,设计一种结合形状记忆合金和压电材料的优点进行能量转换的装置。全文的研究内容如下:1.设计一种利用两种智能材料实现热电转换的机械结构。热电转换装置的工作原理:形状记忆合金受热产生变形能带动滑轮组连续转动,在滑轮组旋转的过程中冲击轮撞击压电振子发生变形而发电。2.对本文热电转换装置的冲击轮的转动进行分析。首先从受力角度分析形状记忆合金丝带动两轮转动的原因,然后通过研究形状记忆合金丝在转动过程中能量的吸收与释放,对两轮进行运动学分析,得出角速度随时间的变化关系。其次结合动力学公式,计算冲击轮在转动过程中产生的冲击力,确定使得两轮能够旋转的半径关系,当冲击轮半径为30mm时,结合驱动轮的加工以及装配,确定驱动轮半径范围12mm<r<17mm并且计算得出当驱动轮半径为13mm时,冲击轮产生的冲击力最大,其值为0.1N。3.基于材料的弹性理论以及压电材料的应力和应变的关系,建立本文热电转换装置中压电悬臂梁在给定载荷下的能量转换理论模型。4.利用ANSYS软件对压电悬臂梁进行仿真分析。首先通过静力学分析判断压电振子结构在0.1N大小力的作用下产生的最大应力是否超过压电陶瓷的许用应力。其次在保证结构不被破坏的情况下对压电悬臂梁进行模态分析、谐响应分析。最后对压电悬臂梁进行瞬态动力学分析,得出压电悬臂梁的电压随时间的变化曲线。5.通过实验证明本文设计的热电转换结构能够实现热能向电能的转换。首先设计实验方案并搭建实验平台,进行驱动实验,验证驱动装置实现热能向机械能转换是可行的。其次研究在不同驱动轮半径下,使得两轮连续转动的中心距范围。最后进行热电转换实验,比较冲击齿与压电悬臂梁的啮合距离及冲击齿个数对压电悬臂梁输出端电压的影响。实验结果表明:当驱动轮直径为30mm,冲击轮与驱动轮中心距为146mm,形状记忆合金丝直径为1mm,冲击齿与压电悬臂梁啮合距离为4mm,冲击齿厚度为3mm,冲击齿为6个的冲击轮连续撞击压电悬臂梁时,产生的瞬时电压最大,其值为10.64V。