用于路面機(jī)械能量回收的壓電換能器研究.pdf

1、路面機(jī)械能廣泛存在,回收可行性強(qiáng)。基于壓電換能器的路面機(jī)械能量回收符合可持續(xù)發(fā)展和低碳化的理念,作為一種有效的能量回收方式有很大研究價值。結(jié)合路面荷載及環(huán)境特點(diǎn),本文按照理論分析、有限元模擬、制作、性能分析和室內(nèi)應(yīng)用研究的思路,開展用于瀝青路面機(jī)械能量收集的壓電換能器的研究。具體為以下幾個方面:
　　(1)根據(jù)壓電耦合基本理論,結(jié)合車輛荷載和路面結(jié)構(gòu)層的響應(yīng),選擇適合于路面用的壓電換能結(jié)構(gòu),分析了壓電換能結(jié)構(gòu)及能量輸出特性,確定了

2、影響壓電換能結(jié)構(gòu)開路電壓及功率的因素。
　　(2)利用ANSYS軟件的壓電耦合模塊建立了鈸式壓電換能器的有限元分析模型,分析了各因素對換能器開路電壓、存儲的能量及極限應(yīng)力的影響,根據(jù)使用環(huán)境及材料特性初步確定鈸式壓電換能器的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù),選擇合適的材料制備了鈸式壓電換能器及對其進(jìn)行封裝,并分析了壓電性能、介電性能及壓電耦合性能,最終確定了適用于路面機(jī)械能量回收的壓電換能器。
　　(3)根據(jù)車輛荷載特點(diǎn)及瀝青路面結(jié)構(gòu)層內(nèi)應(yīng)力響

3、應(yīng)特征,提出了適用于瀝青路面內(nèi)鈸式壓電換能器壓電性能的分析方法,分析了路用鈸式壓電換能器在荷載頻率范圍內(nèi)的有效輸入阻抗并建立了有效阻抗與頻率的函數(shù)關(guān)系式;探討了在動態(tài)荷載作用下?lián)Q能器開路電壓與負(fù)載及頻率的關(guān)系,及換能器在車輛荷載頻率范圍內(nèi)的效率。研究結(jié)果表明:制作的路用鈸式壓電換能器試驗(yàn)時能產(chǎn)生378.5V~282.2V的開路電壓;在一個荷載周期內(nèi)最大能夠轉(zhuǎn)換2.03mJ的電量,能最大輸出1.43mJ的電量,最大輸出8.4mW的功率;在

4、試驗(yàn)荷載頻率范圍內(nèi)換能器最大的轉(zhuǎn)換效率約為14％。
　　(4)根據(jù)實(shí)際的路面情況及荷載條件,基于室內(nèi)小尺寸試驗(yàn)對鈸式換能器路面能量回收進(jìn)行初步應(yīng)用研究。初步探討了連接方式與換能器輸出的關(guān)系,探明了影響埋入式鈸式壓電換能器的路面環(huán)境因素,并試驗(yàn)分析了埋入式鈸式壓電換能器的耐久性能及周期性荷載長期性能。根據(jù)鈸式壓電換能器的能量轉(zhuǎn)換特點(diǎn),設(shè)計并制作了能量收集電路,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了基于室內(nèi)小尺寸試驗(yàn)?zāi)芰渴占难芯?結(jié)果表明埋入式鈸式換能