基于磁致伸縮材料的軌道振動(dòng)能量收集裝置研究.pdf

1、隨著高速鐵路網(wǎng)的快速普及，列車(chē)運(yùn)行安全監(jiān)測(cè)技術(shù)也經(jīng)歷著時(shí)代的革新。軌道無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為最新的列車(chē)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)，也被賦予了新的時(shí)代使命。但是，由于無(wú)線傳感器的傳統(tǒng)供電以蓄電池為主，存在電池體積大、環(huán)境污染性和持續(xù)供電時(shí)間短等問(wèn)題。所以解決無(wú)線傳感器的供能成為現(xiàn)今無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)最為緊急的技術(shù)問(wèn)題?，F(xiàn)有的軌道振動(dòng)能量收集技術(shù)有電磁式、壓電式、機(jī)械式。隨著各國(guó)專(zhuān)家對(duì)超磁致伸縮材料（GMM）的研究深入，基于超磁致伸縮材料的能量收集技術(shù)也隨之被應(yīng)

2、用于各種收集裝置。本文旨在解決無(wú)線傳感器的供能問(wèn)題，設(shè)計(jì)基于超磁致伸縮棒軌道振動(dòng)能量收集裝置，并對(duì)其展開(kāi)建模分析，主要研究的內(nèi)容有以下幾點(diǎn)：
　?。?）介紹軌道能量收集的研究意義和現(xiàn)狀，綜述現(xiàn)今的幾種軌道能量收集技術(shù)的基本原理。同時(shí)，比較幾種不同的能量收集技術(shù)各自的優(yōu)勢(shì)與不足。簡(jiǎn)要介紹超磁致伸縮材料的特性，突出其應(yīng)用于能量收集的優(yōu)勢(shì)。
　?。?）介紹中國(guó)高速無(wú)砟軌道譜，進(jìn)行頻域與時(shí)域轉(zhuǎn)化，獲得滬杭線高速列車(chē)無(wú)砟軌道高低不平順

3、的時(shí)域樣本。建立車(chē)輛-板式軌道垂向耦合系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，將滬杭線高速列車(chē)無(wú)砟軌道高低不平順時(shí)域樣本作為耦合系統(tǒng)的激擾源，利用新型預(yù)測(cè)-校正積分法進(jìn)行數(shù)值求解，可以得到鋼軌的垂向位移峰值為0.5mm，軌道板垂向位移峰值為0.035mm，鋼軌支反力峰值為28KN。
　　（3）簡(jiǎn)要介紹超磁致伸縮材料的發(fā)展歷史、工作原理和材料特性，突出其作為能量收集裝置核心器件的重要性。簡(jiǎn)要闡述磁致伸縮材料的幾種磁滯模型，并對(duì)比分析各自的優(yōu)缺點(diǎn)。對(duì)Jiles

4、-Atherton磁滯模型進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)合Villari效應(yīng)，建立超磁致伸縮材料軌道振動(dòng)能量收集的數(shù)學(xué)模型。
　?。?）在無(wú)砟板式軌道的安裝標(biāo)準(zhǔn)下，確立超磁致伸縮軌道振動(dòng)能量收集裝置的主體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，對(duì)能量收集裝置的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)和優(yōu)化。其次，對(duì)超磁致伸縮材料軌道振動(dòng)能量收集裝置數(shù)值仿真分析，輸出電壓峰值可達(dá)400V，輸出功率峰值可達(dá)4W。最后對(duì)能量回收理論初步預(yù)估，單個(gè)能量收集裝置在滬杭線一天所能收集的能量為211.344J，單個(gè)無(wú)