为了克服日益严峻的能源问题,政府对新能源技术的发展给与充分支持。压电材料是智能材料领域的研究热点,这种可以将机械能与电能互相转换的机制使之具备了巨大发展潜力,而风能是自然界普遍存在的可再生、绿色能源,利用压电风能收集系统可以为无线传感器供能。受到叶片仿生加筋的思想的启发,本文基于基本形状下的模态振型来探讨压电材料作为“叶脉”在基底材料上的布局,并寻找最佳的模态应变布局,以压电能量收集系统的输出开路电压、最佳输出功率和功率密度等参数对各阶模态压电材料布局进行分析。本文主要研究内容如下:首先对三角形、扇形和梯形三种基本形状压电单元进行了模态分析,根据各阶模态应变进行了压电材料的布局设计,分析了各阶模态布局的特点,并计算了各阶布局的前五阶的固有频率,对比了模态应变离散布局与目前现有的加筋整体布局的特点,利用三角形二阶和扇形三阶布局讨论了其模态应变的方向对其输出电压的影响。研究中通过采用更加柔韧的PET薄膜作为基底材料以在振动中提高压电材料的应变能。其次,由于压电材料的离散布局,为了得到压电能量收集单元整体能量输出的效率,尝试采用了离散布局的电压叠加方法。通过设置多个电桥,将每一片压电材料区域产生的交流电压转换为直流电压,将单个压电材料区域视为单个“直流电源”,并将多个电桥之间串联,得到了压电能量收集单元的总输出电压。在此基础上对各阶模态布局进行了风洞试验,其中三角形二阶布局显示出优异的能量输出特性。与此同时,一阶模态布局在压电面积相对较小的情况下产生了较大的电压。试验显示出其两片压电材料区域的电压之和可以超过相同面积的整块压电材料区域产生的电压。最后,进行了功率试验和充放电试验。在4-12m/s的风速下,对各阶模态应变布局的压电能量收集单元外接了2.3MΩ电阻,其中三角形二阶布局压电单元的输出功率和功率密度均为最高,输出功率为6.065μW,功率密度达到了30.634μW/cm~3,负载电阻R两端电压为3.73V。充放电试验中外接的100μF电容两端电压最大为4.2V,证明了该压电能量收集单元的输出能量可以被收集利用。