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车致多层路面变形能量俘获理论研究
| 论文题名： | 车致多层路面变形能量俘获理论研究 |
| 关键词： | 车致多层路面变形;能量俘获;压电俘能器;数值模拟;无线传感器 |
| 摘要： | 当今能源日渐缺乏，电能相当宝贵，长距离低压电网的电力损耗惊人，寻找新能源已成国际热点问题之一。无线传感器以其价格低廉、安装方便、耐用的特点，广泛应用于土木工程与军事领域的监测中，但其发展需求更持久的供能。作为传统供能方式的电池，有着体积大、寿命短、环境污染严重等缺陷，同时还需定期更换，这对于远距离长时间供能的无线传感器来说是不方便、不经济的，所以迫切需要一种新的供能方式。从环境中获取能量为道路设备和无线传感节点供电已是当今能源研究的热点，环境中的可用能源很多:太阳能、风能、振动或噪声等，而利用压电效应俘获环境中的机械振动能是一较高效的俘能方式。本文利用压电效应，俘获由车辆运动产生的路面变形能，研究一种适用于道路的压电俘能器，为公路沿线设备和无线传感器提供能量。 本文将压电俘能器埋置于路面中俘获道路变形能，共分为四章:第一章给出课题背景和意义;第二章介绍研究理论与方法;第三章针对柔性俘能器，基于Euler-Bernoulli梁理论，忽略压电材料刚度，将公路简化为Winkler地基上多层等截面简支梁，路面运动车辆分别简化为移动集中荷载和移动分布线荷载，采用振型叠加法理论计算出路面结构的动力响应，并应用正压电效应获得柔性压电俘能器的电压与功率输出，并用ANSYS模拟验证对比分析;第四章将柔性压电俘能器换为刚性压电俘能器，结果表明理论模型中忽略俘能器刚度存在误差，于是考虑压电材料刚度对路面结构刚度的影响，将公路简化为Winkler地基上多层变截面梁，基于多段梁理论和压电理论，计算出路面结构动力响应及俘能器俘能输出，并用ANSYS模拟验证对比分析。 通过本文的理论探讨，为将来的压电俘能器选型及道路中压电俘能器应用提供了一定的借鉴。 |
| 作者： | 李欣 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 向宏军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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