瀝青路面健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供能用開槽鈸式壓電換能器研究.pdf

1、路橋結(jié)構(gòu)耐久性和安全問題一直是路橋建設(shè)與維護(hù)的重點(diǎn)，對(duì)路橋面結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要，這就對(duì)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)提出了一定要求。目前監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)置微型電源性能還存在欠缺，無法很好的滿足監(jiān)測(cè)需要。在路橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)電源方面目前主要使用 Cymbal壓電換能器作為內(nèi)置電池為系統(tǒng)供能。而其中的Cymbal壓電換能器存在應(yīng)力集中，這樣會(huì)降低其使用壽命，對(duì)其金屬帽表面進(jìn)行開槽處理，可以提高壓電性能。目前，在路面能量轉(zhuǎn)化和回收方面主要的設(shè)

2、備為壓電換能器。這種能量回收設(shè)備效率高且符合環(huán)保相關(guān)理念，開始受到廣泛關(guān)注。本文主要是研究這種新型的壓電換能器，研究時(shí)主要利用了有限元模型和其他壓電相關(guān)理論和方法，主要理論和所得結(jié)果如下：
　　首先，在參考路面結(jié)構(gòu)和車輛運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)基礎(chǔ)上，依據(jù)壓電耦合相關(guān)原理，選擇了性能較優(yōu)的Cymbal壓電換能器結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步研究了其轉(zhuǎn)化效率和能量輸出特性，還分析了影響其開路電壓與轉(zhuǎn)化率的相關(guān)因素。
　　其次，利用ANSYS軟件對(duì)此種埋入式壓

3、電換能器進(jìn)行了分析，并建立了有限元模型。然后結(jié)合路面信息和材料特征而確定出其主要性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，并分析了這些參數(shù)和其開路電壓、陶瓷應(yīng)力等之間的關(guān)系，從而最終得到此種換能器的最佳結(jié)構(gòu)尺寸。
　　再次，由于Cymbal壓電換能器中存在應(yīng)力集中，導(dǎo)致工作壽命短，對(duì)金屬帽表面進(jìn)行開槽處理，提高壓電性能，延長(zhǎng)換能器使用壽命。利用軟件建立了其有限元分析模型，并給出在瀝青路面環(huán)境下其電能計(jì)算方法，論述了開槽參數(shù)對(duì)Cymbal壓電換能器主要能量轉(zhuǎn)

4、換參數(shù)的影響；并探討了受埋置深度影響下其相關(guān)性能變化。研究結(jié)果表明：埋入式開槽型Cymbal壓電換能器不僅能提高輸出電壓，并且在減小環(huán)向應(yīng)力方面有明顯的作用。
　　最后，為了更好的應(yīng)用在路面內(nèi)為健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)供能，進(jìn)行Cymbal型換能器電學(xué)等效分析，使用ANSYS軟件對(duì)復(fù)合型Cymbal換能器建立模型，并具體分析探明了各種復(fù)合型 Cymbal換能器的特性。結(jié)果表明，埋入式復(fù)合型 Cymbal壓電換能器中多層疊堆開環(huán)形槽式Cymba