埋入式壓電瀝青混凝土的制備及其電學(xué)輸出研究.pdf

1、世界上擁有眾多的人口，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源是一個(gè)非?；A(chǔ)的需求。要提高生活水平、發(fā)展經(jīng)濟(jì)，都缺不了能源。但是，能源緊缺已經(jīng)成為當(dāng)今世界發(fā)展的瓶頸，尋找新能源迫不及待。通過(guò)壓電材料收集周?chē)h(huán)境的振動(dòng)能量并把它轉(zhuǎn)化為可使用的電能，其原理簡(jiǎn)單、無(wú)污染、能量轉(zhuǎn)換效率高，是近年來(lái)新能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但是，目前有關(guān)壓電集能的研究主要集中在為微機(jī)電系統(tǒng)的供電上，利用壓電材料來(lái)進(jìn)行發(fā)電的研究并不多見(jiàn)，國(guó)內(nèi)這方面的研究更是接近空白。因此，本文以道路工程

2、為背景，對(duì)埋入式壓電瀝青混凝土的制備與電學(xué)輸出進(jìn)行了研究。
　　 第一，利用ANSYS12.0軟件對(duì)壓電元件尺寸進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)過(guò)仿真分析，外徑18mm，內(nèi)徑10mm，厚度4mm的壓電元件在施加0.7MPa的瞬間壓應(yīng)力下可以產(chǎn)生63.146V的電壓。并通過(guò)傳統(tǒng)氧化物固相反應(yīng)方法，制備出摻雜0.45wt％Fe2O3的PMnS-PZN-PZT埋入式壓電元件，具有良好的壓電性能及耐久性能。
　　 第二，通過(guò)馬歇爾設(shè)計(jì)方法，借鑒Su

3、perpave體積制備設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出的AC-10瀝青混合料的體積性能，高溫穩(wěn)定性能，水穩(wěn)定性能均能滿(mǎn)足我國(guó)的瀝青混合料技術(shù)規(guī)范，具有良好的路用性能，并與壓電元件具有良好的相容性。
　　 第三，以壓電方程為基礎(chǔ)，建立了埋入式壓電瀝青混凝土的力電耦合模型，推導(dǎo)了埋入式瀝青混凝土的開(kāi)路電壓方程，利用Bisar3.0軟件對(duì)埋入式壓電瀝青混凝土的豎向壓應(yīng)力進(jìn)行分析，并且埋入式壓電瀝青混凝土的開(kāi)路電壓計(jì)算值與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合。
　　

4、 第四，壓電元件的開(kāi)路峰值電壓隨著壓應(yīng)力的增加而增加，且單片厚度大的元件的開(kāi)路峰值電壓比較高，增加的趨勢(shì)更快。但是，施加較低的頻率對(duì)壓電元件的電壓輸出影響非常小。埋入式壓電瀝青混凝土的開(kāi)路電壓隨著埋鋪深度的增加而減小，隨著壓電元件總厚度的增加而增加，隨著車(chē)輪荷載的增加而增加；開(kāi)路電流隨著壓電元件并聯(lián)數(shù)量的增加而增加。
　　 第五，LTC3588-1芯片的電能采集效果和效率均優(yōu)于橋式整流電路+MAX666型DC-DC單元的采集電