車致多層路面變形能量俘獲理論研究.pdf

1、當(dāng)今能源日漸缺乏，電能相當(dāng)寶貴，長距離低壓電網(wǎng)的電力損耗驚人，尋找新能源已成國際熱點(diǎn)問題之一。無線傳感器以其價(jià)格低廉、安裝方便、耐用的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于土木工程與軍事領(lǐng)域的監(jiān)測中，但其發(fā)展需求更持久的供能。作為傳統(tǒng)供能方式的電池，有著體積大、壽命短、環(huán)境污染嚴(yán)重等缺陷，同時(shí)還需定期更換，這對(duì)于遠(yuǎn)距離長時(shí)間供能的無線傳感器來說是不方便、不經(jīng)濟(jì)的，所以迫切需要一種新的供能方式。從環(huán)境中獲取能量為道路設(shè)備和無線傳感節(jié)點(diǎn)供電已是當(dāng)今能源研究的熱點(diǎn)

2、，環(huán)境中的可用能源很多:太陽能、風(fēng)能、振動(dòng)或噪聲等，而利用壓電效應(yīng)俘獲環(huán)境中的機(jī)械振動(dòng)能是一較高效的俘能方式。本文利用壓電效應(yīng)，俘獲由車輛運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的路面變形能，研究一種適用于道路的壓電俘能器，為公路沿線設(shè)備和無線傳感器提供能量。
　　本文將壓電俘能器埋置于路面中俘獲道路變形能，共分為四章:第一章給出課題背景和意義;第二章介紹研究理論與方法;第三章針對(duì)柔性俘能器，基于Euler-Bernoulli梁理論，忽略壓電材料剛度，將公路簡化

3、為Winkler地基上多層等截面簡支梁，路面運(yùn)動(dòng)車輛分別簡化為移動(dòng)集中荷載和移動(dòng)分布線荷載，采用振型疊加法理論計(jì)算出路面結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，并應(yīng)用正壓電效應(yīng)獲得柔性壓電俘能器的電壓與功率輸出，并用ANSYS模擬驗(yàn)證對(duì)比分析;第四章將柔性壓電俘能器換為剛性壓電俘能器，結(jié)果表明理論模型中忽略俘能器剛度存在誤差，于是考慮壓電材料剛度對(duì)路面結(jié)構(gòu)剛度的影響，將公路簡化為Winkler地基上多層變截面梁，基于多段梁理論和壓電理論，計(jì)算出路面結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)