考虑惯性影响的车致轨道振动能量俘获研究

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1、学校代码密级：公开硕士学考虑惯性影响的车致轨道振动能量俘获研究作者姓名戴学科专业结构工程指导教师向宏军副教授培养院系土木建筑工程学院二零一四年十二月辦交乂攀硕士学位论文考虑惯性影响的车致轨道振动能量俘获研究作者：戴莉导师：向宏军副教授北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供杳阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。保密的学位

2、论文在解密后适用本授权说明）中图分类分：，校代码：：密级：公幵北京交通大学硕士学位论文考虑惯性影响的车致轨道振动能量俘获研究作者姓名：：戴莉学号导师姓名：向宏军称：副教授学位类别：工学学位级别：硕士学科专业：结构工程研究方向：智能材料与结构北京交通大学年月致谢本论文的工作是在我的导师向宏军副教授的悉心指导下完成的。在科研方面，向老师严谨和精益求精的治学态度以及科学的工作方法都让我受益终身。向老师不仅给予我学业上的督促和指导，同时在生活上也给予了很大的关心和帮助。在此衷心感谢三年来向老师在学习和生活中对我的指导和帮助。在整个研究期间，石志

3、飞教授悉心指导我完成了很大部分的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此，向石志飞老师表示衷心的谢意。在研究过程中，王海燕师姐和王建军师兄对于我的科研工作给予了很多指导，提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在课题研究及撰写论文期间，隋然、张之伟、张亚、左丹丹、刘心男、王颖等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也要感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要中文摘要摘要：近年来，环境能量俘获技术受到国内外的高度关注，尤其是车致振动能量俘获己经成为一个新兴

4、的研究方向。随着国内经济发展的需要，铁路建设非常迅速，在庞大的铁路网下蕴藏着巨大的环境能量。实际上，列车行驶会引起铁路轨道的变形和振动，产生大量的机械变形能和振动能，利用能量俘获技术把这些能量转化成电能并储存起来，可以为铁路沿线结构的检测、监测以及铁路周边的用电设施等提供电能。本文正是基于上述背景，以车致轨道振动和变形能俘获为研究对象，根据压电理论，采用压电俘能器将轨道机械能转换成电能，重点在于建立分析模型和探明影响俘能输出的各种因素。全文共分为五章：第一章给出了课题的研究背景、意义和国内外研究现状；第二章对车致轨道振动俘能的相关研究理

5、论和方法进行简单地回顾和叙述；第三章建立了车致轨道振动的分析模型，即将铁路轨道简化为弹性点支撑作用的多跨梁，列车荷载简化为移动质量，考虑了惯性效应的影响，采用传递矩阵法、振型叠加法和法联合求解了梁的动力响应并分析了移动质量大小、移动速度和惯性力对动力响应的影响；第四章以轨道的动力响应作为压电俘能器的输入，并且为了方便分析，将储能系统简化为电阻负载，由此建立车致轨道振动俘能的理论解析，基于此解，重点考察了列车运行参数对俘能输出的影响，也就是详细分析了移动质量大小、移动速度和惯性力等因素对输出特性的影响；第五章采用目前常用的能量收集电路，考

6、虑了能量储存过程，因为理论电路部分是高度非线性的，给出解析解非常困难，因此，本文采用对带有实际能量收集电路的车致轨道振动能量俘获过程进行了仿真，模拟了电池充电的全过程，比较了移动质量大小、移动速度、惯性力以及能量收集电路和储能元件对储能效率的影响。本文为铁路轨道压电俘能方面的理论研究以及铁路轨道俘能的应用提供了参考和借鉴。关键词：轨道振动能；压电俘能器；梁；惯性效应；仿真分类号：ABSTRACTABSTRACTABSTRACT:Ambientenergyharvestingtechnologygetshighattentionaroun

7、dtheworldinrecentyears,especiallyenergyharvestingfromtrain-reducedvibrationwhichhasbecomeanewresearchdirection.Withthedevelopmentofdomesticeconomy,railwayconstructionisveryquicklyandalotofambientenergyisinrailwaysystem.Infact,thedeformationandvibrationofrailwaytrackcause

8、dbymovingtraincangeneratemuchmechanicaldeformationenergyandvibrationenergy.Byusingenergyharvestingtechn