原文传递
车致桥梁振动下调谐质量俘能器的俘能与减振性能分析
| 论文题名： | 车致桥梁振动下调谐质量俘能器的俘能与减振性能分析 |
| 关键词： | 车致桥梁振动;调谐质量俘能器;能量俘获;梁减性能 |
| 摘要： | 近些年来我国轨道交通事业蓬勃发展，桥梁作为重要组成部分，数量日益增多，列车荷载经过时会导致桥梁产生振动。幸运的是，这种振动可成为可持续能量的来源，可用于监测桥梁的无线传感器网络节点供能。利用压电能量收集装置将振动能转化为电能是方法之一，这一过程被称为基于压电的能量收集。 现有关于桥梁振动能量收集研究，由于桥梁振动能量分散所以收集效率偏低，调谐质量阻尼系统俘能器（TunedMassDamperPiezoelectricEnergyHarvesting，即TMDPEH）是一种将调谐质量阻尼系统（TunedMassDamper，即TMD）和传统俘能器（PiezoelectricEnergyHarvest，即PEH）结合而构造的新型俘能装置，其中调谐质量阻尼器具有将振动能量集中并放大的作用，所以将TMDPEH应用到列车荷载作用下桥梁振动能量收集上，发现TMDPEH不仅提高了能量收集效率，同时又对桥梁的减振起到了一定效果。 本文对列车荷载下TMDPEH作用于桥梁的压电能量俘获以及桥梁减振进行了分析，给出了同时满足能量俘获和桥梁减振的多重调谐质量阻尼俘能器（MultipleTunedMassDamperPiezoelectricEnergyHarvesting，即MTMDPEH）组合设计原则，为桥梁能量收集和桥梁减振提供基础。本文主要研究内容如下： (1)设计了铁路桥梁用的多重调谐质量俘能器，并给出了设计原则，在匹配荷载加载频率和桥梁固有频率设计条件下，可满足提高能量俘获效率和桥梁减振的双重目标。多重调谐质量俘能器的能量收集效率是传统PEH的380倍，同时桥梁中点加速度的峰值减振效率达到了25%~33%。 (2)分析了质量比、阻尼比等参数对多重调谐质量俘能器的俘能效率与减振效果的影响规律。分析结果表明TMDPEH中TMD最优质量比μ宜选择为1%，匹配荷载频率的TMD阻尼比取0；频率接近桥梁固有频率的TMD，建议阻尼比选择在0~5%之间。 (3)建立了多重调谐质量俘能器及桥梁体系的三维分析模型，分析了荷载列空间位置以及双向对开等因素的影响。在对开双列列车作用下，输出功率达到了542mW，和传统PEH相比输出功率提高了2000倍，可满足低功耗无线传感网络供能的需求。 |
| 作者： | 卓慧慧 |
| 专业： | 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： | 2023 |
检索历史
应用推荐
