基于压电技术的路面变形能量收集系统研究及应用
发布时间：2021-05-15 12:24
交通运输是国民经济与社会发展的基础行业,随着其高速发展,交通运输中的节能减排也越来越受到重视。本课题以道路交通为背景,结合理论分析、室内试验、有限元模拟和示范工程,研究了路面压电能量收集技术原理,分析了压电发电效果的影响因素,开发了适用于沥青路面的压电式能量收集装置,形成了一套将车辆对路面做功转化为电能的路面压电能量收集系统,为公路沿线用电设施提供一种潜在、规模可观、可再生的清洁能源。在前人研究的基础上,本课题主要结合沥青路面工况和交通载荷特点,对路面压电能量收集技术进行了系统研究,主要研究内容和成果如下:（1）基于压电发电理论,根据道路交通荷载特点,研究了路面汽车动载下的压电发电特点,建立了车速、轴载与压电电能输出之间的联系。（2）根据沥青路面交通荷载的特点,以机械性能和发电性能为指标,通过调研与室内试验研究对比了不同压电陶瓷和压电换能结构,最终确认了以压电陶瓷PZT-5H作为核心材料,以多片堆栈式结构作为本研究的压电换能结构即压电单元。（3）通过有限元模拟和室内试验,研究了压电陶瓷片电学连接方式、堆叠片数以及压电单元高与截面直径的比值对发电性能的影响。结果表明,同样的加载条件下,压...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 研究背景及课题来源
1.2 研究的意义
1.3 研究内容
1.4 技术路线
2 路面压电能量收集技术研究文献综述
2.1 压电效应
2.2 压电材料
2.3 压电发电结构与装置
2.4 压电能量收集电路与能量存储研究
2.5 压电能量收集在自供电传感中的研究
2.6 压电技术在道路中的应用
2.7 存在问题及发展趋势
3 适合路面交通荷载的压电材料及换能结构研究
3.1 路面压电发的机理分析与理论研究
3.1.1 压电发电的理论基础
3.1.2 路面功能及工况分析
3.1.3 行车载荷下压电发电的理论分析
3.2 压电材料分析对比
3.2.1 压电材料分类
3.2.2 压电陶瓷比选
3.3 压电换能结构研究与测试
3.3.1 压电换能结构分类
3.3.2 压电换能结构分析与设计
3.3.3 压电换能结构机械性能测试
3.4 压电换能结构发电性能影响因素分析
3.4.1 荷载大小对发电性能的影响
3.4.2 荷载频率对发电性能的影响
3.4.3 温度对发电性能的影响
3.5 本章小结
4 路面压力发电器的试验研究
4.1 沥青路面压力发电器使用工况
4.1.1 沥青路面受力特点
4.1.2 压力发电器面临的路用环境要求
4.1.3 压力发电器封装的必要性
4.2 压力发电器研制
4.2.1 封装结构
4.2.2 内部结构
4.2.3 组装流程
4.3 压力发电器力学电学性能分析
4.3.1 压力发电器的抗压性能测试
4.3.2 载荷大小和频率对压力发电器影响
4.3.3 压力发电器疲劳性能测试
4.3.4 小型加速加载MMLS-1/3室内试验路模拟轮载试验
4.4 本章小结
5 压电能量收集系统的研究与测试
5.1 压电发电特点
5.2 能量收集电路
5.2.1 常见能量收集电路分类
5.2.2 商业化的能量收集芯片/模块
5.2.3 自制能量收集电路
5.3 储能单元比选
5.4 输出控制电路选择
5.5 压电能量收集、存储系统集成
5.6 本章小结
6 路面压电能量收集技术实体工程验证
6.1 依托工程概况
6.2 压电路面发电系统方案分析与设计
6.2.1 压电路面施工方案分析
6.2.2 压力发电器布设方案
6.2.3 沥青压电路面有限元模拟埋设层位分析
6.2.4 预埋式压电路面在移动载荷下的响应
6.3 压电路面发电系统施工流程
6.4 压力发电系统测试
6.4.1 加载方案
6.4.2 测试结果分析
6.4.3 发电量计算
6.5 本章小结
7 结论
7.1 主要研究成果
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3187627
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：196 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
1 引言
1.1 研究背景及课题来源
1.2 研究的意义
1.3 研究内容
1.4 技术路线
2 路面压电能量收集技术研究文献综述
2.1 压电效应
2.2 压电材料
2.3 压电发电结构与装置
2.4 压电能量收集电路与能量存储研究
2.5 压电能量收集在自供电传感中的研究
2.6 压电技术在道路中的应用
2.7 存在问题及发展趋势
3 适合路面交通荷载的压电材料及换能结构研究
3.1 路面压电发的机理分析与理论研究
3.1.1 压电发电的理论基础
3.1.2 路面功能及工况分析
3.1.3 行车载荷下压电发电的理论分析
3.2 压电材料分析对比
3.2.1 压电材料分类
3.2.2 压电陶瓷比选
3.3 压电换能结构研究与测试
3.3.1 压电换能结构分类
3.3.2 压电换能结构分析与设计
3.3.3 压电换能结构机械性能测试
3.4 压电换能结构发电性能影响因素分析
3.4.1 荷载大小对发电性能的影响
3.4.2 荷载频率对发电性能的影响
3.4.3 温度对发电性能的影响
3.5 本章小结
4 路面压力发电器的试验研究
4.1 沥青路面压力发电器使用工况
4.1.1 沥青路面受力特点
4.1.2 压力发电器面临的路用环境要求
4.1.3 压力发电器封装的必要性
4.2 压力发电器研制
4.2.1 封装结构
4.2.2 内部结构
4.2.3 组装流程
4.3 压力发电器力学电学性能分析
4.3.1 压力发电器的抗压性能测试
4.3.2 载荷大小和频率对压力发电器影响
4.3.3 压力发电器疲劳性能测试
4.3.4 小型加速加载MMLS-1/3室内试验路模拟轮载试验
4.4 本章小结
5 压电能量收集系统的研究与测试
5.1 压电发电特点
5.2 能量收集电路
5.2.1 常见能量收集电路分类
5.2.2 商业化的能量收集芯片/模块
5.2.3 自制能量收集电路
5.3 储能单元比选
5.4 输出控制电路选择
5.5 压电能量收集、存储系统集成
5.6 本章小结
6 路面压电能量收集技术实体工程验证
6.1 依托工程概况
6.2 压电路面发电系统方案分析与设计
6.2.1 压电路面施工方案分析
6.2.2 压力发电器布设方案
6.2.3 沥青压电路面有限元模拟埋设层位分析
6.2.4 预埋式压电路面在移动载荷下的响应
6.3 压电路面发电系统施工流程
6.4 压力发电系统测试
6.4.1 加载方案
6.4.2 测试结果分析
6.4.3 发电量计算
6.5 本章小结
7 结论
7.1 主要研究成果
7.2 创新点
7.3 展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集
本文编号：3187627
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiaotonggongchenglunwen/3187627.html
