交通運輸是國民經(jīng)濟與社會發(fā)展的基礎(chǔ)行業(yè),隨著其高速發(fā)展,交通運輸中的節(jié)能減排也越來越受到重視。本課題以道路交通為背景,結(jié)合理論分析、室內(nèi)試驗、有限元模擬和示范工程,研究了路面壓電能量收集技術(shù)原理,分析了壓電發(fā)電效果的影響因素,開發(fā)了適用于瀝青路面的壓電式能量收集裝置,形成了一套將車輛對路面做功轉(zhuǎn)化為電能的路面壓電能量收集系統(tǒng),為公路沿線用電設(shè)施提供一種潛在、規(guī)�？捎^、可再生的清潔能源。在前人研究的基礎(chǔ)上,本課題主要結(jié)合瀝青路面工況和交通載荷特點,對路面壓電能量收集技術(shù)進行了系統(tǒng)研究,主要研究內(nèi)容和成果如下:（1）基于壓電發(fā)電理論,根據(jù)道路交通荷載特點,研究了路面汽車動載下的壓電發(fā)電特點,建立了車速、軸載與壓電電能輸出之間的聯(lián)系。（2）根據(jù)瀝青路面交通荷載的特點,以機械性能和發(fā)電性能為指標,通過調(diào)研與室內(nèi)試驗研究對比了不同壓電陶瓷和壓電換能結(jié)構(gòu),最終確認了以壓電陶瓷PZT-5H作為核心材料,以多片堆棧式結(jié)構(gòu)作為本研究的壓電換能結(jié)構(gòu)即壓電單元。（3）通過有限元模擬和室內(nèi)試驗,研究了壓電陶瓷片電學連接方式、堆疊片數(shù)以及壓電單元高與截面直徑的比值對發(fā)電性能的影響。結(jié)果表明,同樣的加載條件下,壓... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：196 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 引言
    1.1 研究背景及課題來源
    1.2 研究的意義
    1.3 研究內(nèi)容
    1.4 技術(shù)路線
2 路面壓電能量收集技術(shù)研究文獻綜述
    2.1 壓電效應(yīng)
    2.2 壓電材料
    2.3 壓電發(fā)電結(jié)構(gòu)與裝置
    2.4 壓電能量收集電路與能量存儲研究
    2.5 壓電能量收集在自供電傳感中的研究
    2.6 壓電技術(shù)在道路中的應(yīng)用
    2.7 存在問題及發(fā)展趨勢
3 適合路面交通荷載的壓電材料及換能結(jié)構(gòu)研究
    3.1 路面壓電發(fā)的機理分析與理論研究
        3.1.1 壓電發(fā)電的理論基礎(chǔ)
        3.1.2 路面功能及工況分析
        3.1.3 行車載荷下壓電發(fā)電的理論分析
    3.2 壓電材料分析對比
        3.2.1 壓電材料分類
        3.2.2 壓電陶瓷比選
    3.3 壓電換能結(jié)構(gòu)研究與測試
        3.3.1 壓電換能結(jié)構(gòu)分類
        3.3.2 壓電換能結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計
        3.3.3 壓電換能結(jié)構(gòu)機械性能測試
    3.4 壓電換能結(jié)構(gòu)發(fā)電性能影響因素分析
        3.4.1 荷載大小對發(fā)電性能的影響
        3.4.2 荷載頻率對發(fā)電性能的影響
        3.4.3 溫度對發(fā)電性能的影響
    3.5 本章小結(jié)
4 路面壓力發(fā)電器的試驗研究
    4.1 瀝青路面壓力發(fā)電器使用工況
        4.1.1 瀝青路面受力特點
        4.1.2 壓力發(fā)電器面臨的路用環(huán)境要求
        4.1.3 壓力發(fā)電器封裝的必要性
    4.2 壓力發(fā)電器研制
        4.2.1 封裝結(jié)構(gòu)
        4.2.2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)
        4.2.3 組裝流程
    4.3 壓力發(fā)電器力學電學性能分析
        4.3.1 壓力發(fā)電器的抗壓性能測試
        4.3.2 載荷大小和頻率對壓力發(fā)電器影響
        4.3.3 壓力發(fā)電器疲勞性能測試
        4.3.4 小型加速加載MMLS-1/3室內(nèi)試驗路模擬輪載試驗
    4.4 本章小結(jié)
5 壓電能量收集系統(tǒng)的研究與測試
    5.1 壓電發(fā)電特點
    5.2 能量收集電路
        5.2.1 常見能量收集電路分類
        5.2.2 商業(yè)化的能量收集芯片/模塊
        5.2.3 自制能量收集電路
    5.3 儲能單元比選
    5.4 輸出控制電路選擇
    5.5 壓電能量收集、存儲系統(tǒng)集成
    5.6 本章小結(jié)
6 路面壓電能量收集技術(shù)實體工程驗證
    6.1 依托工程概況
    6.2 壓電路面發(fā)電系統(tǒng)方案分析與設(shè)計
        6.2.1 壓電路面施工方案分析
        6.2.2 壓力發(fā)電器布設(shè)方案
        6.2.3 瀝青壓電路面有限元模擬埋設(shè)層位分析
        6.2.4 預(yù)埋式壓電路面在移動載荷下的響應(yīng)
    6.3 壓電路面發(fā)電系統(tǒng)施工流程
    6.4 壓力發(fā)電系統(tǒng)測試
        6.4.1 加載方案
        6.4.2 測試結(jié)果分析
        6.4.3 發(fā)電量計算
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論
    7.1 主要研究成果
    7.2 創(chuàng)新點
    7.3 展望
參考文獻
作者簡歷及在學研究成果
學位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3187627