本文關(guān)鍵詞：基于車輛運(yùn)行的減速帶振動(dòng)能量回收方法研究

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【摘要】：隨著高速公路發(fā)展,在車流量集中的地區(qū)為了安全常會(huì)設(shè)置減速帶裝置,車輛通過(guò)減速帶時(shí)的相互作用會(huì)帶來(lái)振動(dòng)或沖擊,這種機(jī)械能一般轉(zhuǎn)化成為熱能消散。基于再生能源和可持續(xù)的出發(fā)點(diǎn),通過(guò)分析減速帶荷載和環(huán)境的特點(diǎn),充分利用沖擊載荷的大激勵(lì)提出一種利用減速帶發(fā)電的機(jī)電耦合方法,可以為減速帶周邊小功率用電設(shè)備提供備用能源。通過(guò)建立車輛—減速帶—壓電耦合動(dòng)力學(xué)模型仿真得到系統(tǒng)力學(xué)響應(yīng)特性;建立鈸式壓電換能器的機(jī)電耦合模型,得到力學(xué)特性與電學(xué)特性相互之間關(guān)系,得到減速帶振動(dòng)發(fā)電的理論基礎(chǔ)。本文通過(guò)對(duì)整體構(gòu)造動(dòng)力學(xué)模型并進(jìn)行算法解耦,得到仿真輸出特性并設(shè)計(jì)制造裝置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。首先對(duì)減速帶振動(dòng)的激勵(lì)源包括減速帶本身和路面不平順進(jìn)行研究,基于橡膠減速帶建立了其時(shí)域模型;對(duì)比了各類路面譜求解法的區(qū)別,基于諧波疊加法,通過(guò)傅里葉變換結(jié)合C級(jí)道路功率譜密度進(jìn)行仿真反演,得到路面不平順時(shí)域上的位移特性,并將其和減速帶時(shí)域位移一起作為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型力學(xué)響應(yīng)輸入。研究了車輛—減速—壓電振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,利用車輛—道路耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)知識(shí),分析車輛和減速帶耦合振動(dòng)的特點(diǎn),將減速帶和壓電模塊分別等效為一個(gè)包括質(zhì)量,阻尼和剛度的獨(dú)立系統(tǒng),建立多自由度動(dòng)力學(xué)模型。根據(jù)車速不同分為沖擊和振動(dòng)分別進(jìn)行車輛—減速帶數(shù)學(xué)模型建立,并采取振動(dòng)模型建模車輛—減速帶—壓電系統(tǒng),研究其動(dòng)力學(xué)方程和解模算法。研究減速帶機(jī)電耦合的電學(xué)輸出特點(diǎn),選取鈸型壓電振子作為壓電結(jié)構(gòu),基于第一類和第四類壓電方程對(duì)鈸型壓電結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)位移和壓電特性分析,并對(duì)比仿真分析了單體和級(jí)聯(lián)壓電組的模態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)和屈服強(qiáng)度,完成了減速帶振動(dòng)能量回收系統(tǒng)建模。對(duì)減速帶振動(dòng)能量回收進(jìn)行實(shí)驗(yàn)制備和驗(yàn)證,利用減速帶振動(dòng)試驗(yàn)裝置和第四章仿真結(jié)果對(duì)比,選取包括5個(gè)鈸式壓電振子組成的級(jí)聯(lián)疊堆,外接不同負(fù)載電阻和開(kāi)路條件下利用設(shè)計(jì)制造好的壓電換能器進(jìn)行了道路實(shí)驗(yàn)。理論仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較小,證明了減速帶振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的可行性以及建模仿真的正確性。理論研究顯示,鈸式壓電振子振動(dòng)位移和受載具有顯著脈沖特點(diǎn)。初步設(shè)計(jì)和制備減速帶振動(dòng)能量回收試驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示,5個(gè)鈸型壓電振子組在科魯茲汽車2 m/s行駛通過(guò)情況下的開(kāi)路輸出最大電壓達(dá)到165V~175V,最優(yōu)負(fù)載情況下輸出229mW,接近理論仿真結(jié)果。本文研究了利用內(nèi)置壓電換能器的減速帶振動(dòng)能量回收的新方法,為減速帶振動(dòng)能量回收建模、實(shí)驗(yàn)和后續(xù)存儲(chǔ)建立理論基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：減速帶振動(dòng) 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 機(jī)電耦合 鈸式壓電換能器
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U491.5
【目錄】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-19
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 振動(dòng)能量回收方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 車輛—減速帶耦合振動(dòng)理論研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 減速帶振動(dòng)能量回收裝置研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 論文的主要內(nèi)容17-19
• 第二章 減速帶振動(dòng)系統(tǒng)激勵(lì)源19-26
• 2.1 減速帶激勵(lì)源19-21
• 2.2 路面不平順時(shí)域譜21-25
• 2.2.1 白噪聲過(guò)濾法23
• 2.2.2 時(shí)間序列時(shí)域模型方法23
• 2.2.3 基于離散PSD采樣的IFFT法23-24
• 2.2.4 諧波疊加法24-25
• 2.3 本章小結(jié)25-26
• 第三章 減速帶振動(dòng)能量回收系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究26-35
• 3.1 減速帶振動(dòng)能量回收方案26-27
• 3.2 車輛—減速帶—壓電耦合動(dòng)力學(xué)模型27-34
• 3.2.1 車輛—減速帶振動(dòng)沖擊耦合模型27-31
• 3.2.2 車輛—減速帶—壓電振動(dòng)耦合動(dòng)力學(xué)模型31-32
• 3.2.3 車輛—減速帶—壓電系統(tǒng)振動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程32-34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 第四章 減速帶振動(dòng)能量回收機(jī)電耦合研究35-52
• 4.1 壓電效應(yīng)及原理35-36
• 4.2 壓電方程36-38
• 4.3 壓電振子工作模態(tài)38-40
• 4.3.1 激勵(lì)方式38-39
• 4.3.2 壓電振子的振動(dòng)模式39
• 4.3.3 壓電振子的支撐方式39-40
• 4.4 減速帶壓電振子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)40-41
• 4.5 鈸型壓電振子數(shù)學(xué)模型41-51
• 4.5.1 壓電振子轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)分析42-43
• 4.5.2 壓電振子電學(xué)輸出特性43-46
• 4.5.3 鈸式壓電換能器有限元分析46-49
• 4.5.4 壓電振子組模型49-51
• 4.6 本章小結(jié)51-52
• 第五章 減速帶振動(dòng)能量回收仿真及實(shí)驗(yàn)52-69
• 5.1 減速帶振動(dòng)能量回收仿真和實(shí)驗(yàn)介紹52-54
• 5.2 車輛—減速帶耦合振動(dòng)理論仿真和實(shí)驗(yàn)54-61
• 5.2.1 車輛—減速帶動(dòng)力學(xué)仿真56-59
• 5.2.2 車輛—減速帶動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)59-61
• 5.3 減速帶振動(dòng)能量回收仿真和實(shí)驗(yàn)61-68
• 5.3.1 鈸式壓電換能器的制備61-63
• 5.3.2 減速帶振動(dòng)能量回收仿真與實(shí)驗(yàn)63-68
• 5.4 本章小結(jié)68-69
• 第六章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 總結(jié)69-70
• 6.2 展望70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果75-77
• 致謝77-78

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