项目目标与创新点
一、项目定位
导师论文Shamim2025-lattice给出了六种点阵在相同外形和相同设计质量下的压缩性能。本项目沿用这些构型，增加PZT电学测量，研究力学差异与电能输出之间的关系。
本项目比较固定的六种点阵构型，并检验力学差异与电能输出之间的关系。当前阶段不修改胞元形状。
核心关系为：
二、核心研究问题
在复现导师论文六种几何并统一PZT、加载方式和电学条件后，六种点阵的压缩力学差异能否预测PZT的电能输出差异？
围绕该问题设置四项研究目标：
| 目标 | 内容 | 主要输出 |
|---|---|---|
| 目标1 | 测量本地打印样品的低应变压缩响应 | 刚度、力–位移曲线、构型排序 |
| 目标2 | 测量实际动态力与电能之间的关系 | –关系 |
| 目标3 | 判断总力之外是否仍有构型差异 | 、及等效检验 |
| 目标4 | 建立并验证第一阶段机械有限元模型 | 反力、刚度、局部应变、应变能及实验误差 |
三、待验证假设
H1：本地力学排序
根据导师论文Table 7的压缩弹性模量，预期本地样品的构型均值满足：
该排序来自导师论文，不代表本地打印样品一定复现。材料批次、打印误差和边界条件均可能改变实测结果。
H2：实际传递力与电能
在线性小变形、相同频率、相同波形、同一PZT和同一负载条件下，理想模型预期：
必须由同步采集的力信号计算，不能使用设定位移或导师论文的模量代替。
H3：归一化后的构型差异
定义两个分析指标：
是力归一化电能指标，不是材料常数；是表观转换比，不代表整个装置的真实转换效率。
- 若六构型的归一化结果落入预定等效界限，则在当前测量精度下未检出总力之外的构型差异；
- 若归一化结果稳定超出等效界限，则存在总力未解释的构型残差，其来源待进一步验证。
等效界限将在正式实验前确定，并记录确定依据。
四、文献基础与研究空白
| 文献基础 | 已有内容 | 本项目不能直接沿用的部分 |
|---|---|---|
| Shamim2025-lattice | 六种等外形、等设计质量点阵的压缩性能 | 未测量PZT输出，不能直接预测本地电能数值 |
| Maurya2024-znolattice | 报告点阵与实心结构的压电输出差异 | 材料、结构和换能方式不同，不能证明本项目六构型的差异来源 |
| 压电能量回收相关综述 | 说明材料、结构、频率和电路均会影响输出 | 不能替代统一边界条件下的多构型同步测量 |
本项目拟处理的具体问题是：
在六种固定点阵、统一PZT和固定位移激励下，原始电能差异中有多少可以由同步实测的总传递力解释？
五、变量和评价指标
| 类型 | 变量或指标 | 用途 |
|---|---|---|
| 主要自变量 | 点阵构型 | 比较六种导师论文构型 |
| 力学变量 | 压缩刚度、动态力幅值 | 描述载荷传递 |
| 主要结果 | 每循环电能 | 比较电学输出 |
| 补充结果 | 稳定周期平均功率 | 描述单位时间输出 |
| 归一化指标 | 、 | 判断总力或机械输入能否解释差异 |
| 区组变量 | PZT编号 | 控制PZT个体差异 |
| 敏感性变量 | 样品实际质量 | 检查打印质量偏差的影响 |
单位质量功率仅作为补充描述。局部接触分布只有在归一化后仍出现构型残差时才进入下一阶段。
六、预期形成的研究贡献
以下内容是研究完成后可能形成的贡献，不是当前已经得到的结论：
- 六种导师论文点阵几何的同步力–位移–电压数据；
- 实际传递力与每循环电能之间的定量关系；
- 对“刚度和总力是否足以解释构型输出差异”的实验判定；
- 经实验反力和刚度验证的机械有限元模型。
若归一化后仍有构型残差，接触分布或局部应力可作为后续研究问题；在获得相应证据前，不将其写为已确认机制。
七、当前不确定项
| 项目 | 当前状态 | 确认方式 |
|---|---|---|
| 正式样本量 | 初始为每构型5件 | 预实验后可按精度需要增加，不减少 |
| 正式PZT | 供应商2 P-82为优先候选 | 确认Ø25×0.8 mm、同批供货及到货实测参数 |
| 等效界限 | 尚未定稿 | 正式实验前结合测量重复性和工程意义确定 |
| 本地刚度排序 | 待测量 | 低应变压缩实验 |
| 独立构型效应 | 待验证 | 比较和 |
| novelty表述 | 待最终检索 | 投稿前完成针对性文献检索 |
八、边界
暂不包含：
- 实心对照和弯曲测试；
- 压溃、加载至失效和破坏性疲劳；
- 1000次循环耐久性排名；
- 整流储能和实际负载供电演示；
- 未经实验结果触发的局部接触或完整压电耦合分析。