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文檔簡(jiǎn)介
1、近年來,中國(guó)在軌道交通事業(yè)上實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。在鐵路建設(shè)朝向高密度、高速、重載的發(fā)展過程中,保障列車安全運(yùn)營(yíng)已成為當(dāng)前一項(xiàng)緊迫任務(wù)。在鐵路沿線布置大量無線傳感器是一個(gè)行之有效的辦法,然而由于化學(xué)電池使用壽命短的缺點(diǎn),使無線傳感器的應(yīng)用受到了一定制約。供能問題影響著新一代無線傳感技術(shù)及智能交通系統(tǒng)的發(fā)展,因此從周圍環(huán)境中俘獲能量為無線傳感器供能已成為一個(gè)重要課題。其中,壓電材料具有優(yōu)異的力電耦合性質(zhì),利用壓電材料制作的俘能器可高效地收集環(huán)境
2、中廣泛存在的機(jī)械能量。
本文采用壓電疊堆型俘能器對(duì)軌道變形能進(jìn)行俘獲,建立理論分析模型與數(shù)值分析模型,詳細(xì)對(duì)其俘能特性進(jìn)行研究,為解決鐵路沿線無線傳感器及其它電子設(shè)備供能的問題提供新思路。圍繞該主題,本文主要內(nèi)容如下:第一章給出了課題研究背景和意義,并對(duì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述;第二章介紹了軌道變形能俘獲的基本理論與求解方法;第三章在車輛-軌道耦合模型的基礎(chǔ)上,考慮壓電疊堆俘能器剛度對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的影響,建立了車輛-軌道-俘能器耦
3、合模型,通過新型預(yù)測(cè)-校正數(shù)值積分方法求出軌道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),并應(yīng)用壓電理論獲得壓電疊堆俘能器的電學(xué)輸出,將所得結(jié)果與有限元軟件ANSYS仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,保證理論和計(jì)算的正確性,結(jié)果表明單個(gè)俘能器在車輛移動(dòng)作用下可俘獲焦耳量級(jí)能量,同時(shí)討論了車輛狀況、軌道結(jié)構(gòu)對(duì)俘能及傳感特性的影響,發(fā)現(xiàn)最優(yōu)電阻是提高俘獲能量的關(guān)鍵參數(shù),并研究了壓電層幾何參數(shù)對(duì)俘能的影響,利用此規(guī)律可合理設(shè)計(jì)并優(yōu)化壓電疊堆俘能器;第四章考慮實(shí)際情況,研究了多個(gè)壓電俘能
4、器協(xié)同工作時(shí)的俘能特性,基于壓電理論與Kirchhoff電流定律推導(dǎo)了串聯(lián)連接與并聯(lián)連接的電路控制方程,并利用有限元軟件ANSYS中壓電分析模塊進(jìn)行驗(yàn)證,最后通過數(shù)值計(jì)算討論了連接方式、俘能器個(gè)數(shù)、安裝距離對(duì)俘能特性的影響,結(jié)果表明俘能器共同工作可提高俘獲能量,但受串并聯(lián)電路效率的影響,收集能量不隨俘能器個(gè)數(shù)增加而線性增加,此外并聯(lián)電路適用于等效負(fù)載較小的情況而串聯(lián)電路反之;第五章總結(jié)了全文主要結(jié)論,并對(duì)后續(xù)研究進(jìn)行了思考和展望。
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