论文部分内容阅读
基于压电效应的压电俘能器具有能量密度大、结构简单、能耗低、易微型化等优点,具有非常广阔的应用前景。目前,压电俘能器用在能源领域并不多见,但各个国家地区已经相继展开这方面的研究。本文以典型的圆环形压电俘能器为研究对象,利用ANSYS12.0软件中的压电分析模块分析压电材料尺寸(内径、外径、厚度)、排布方式以及外界载荷激励方式等因素对压电陶瓷材料发电能力的影响,进一步分析金属粘结层对压电振子发电能力的影响,并初步获取相应的规律曲线。根据规律曲线,选取合适的具有一定尺寸的压电材料和金属粘结层材料,按照工艺流程制作压电俘能器装置,并将其作为智能骨料埋入沥青混凝土中,在QCX-6型车辙试样轮碾成型机(气动型)的作用下,验证点亮发光LED二级管的可行性。主要结论如下：(1)在设计压电俘能器的压电振子部分时,提高输出电压主要通过增加压电元件的厚度来权衡选择；而为获得更多可用的输出电荷,可适当增加压电元件的外径,减小内径；在压电元件结构强度允许范围内以及实际的工作条件,外部载荷应该多采用随时间变化的载荷。(2)为了提高效率,增加整个压电俘能器结构的柔韧性,本文在压电元件上覆盖一层金属粘结层。这层金属粘结层由金属电极层和金属面板构成。ANSYS仿真模拟结果表明：金属粘结层的引入,压电振子的发电能力有略微下降,其材料特性如：杨氏模量E、泊松比μ对压电振子发电能力有略微影响。(3)将压电俘能器做为骨料埋入沥青混凝土路面结构层中,并接入LTC3588电路,在成型仪的工作下,测试压电俘能器的发电能力。对比8片并联的压电俘能器和6片并联的压电俘能器,前者能有效的让LTC3588工作,而后者不能。(4)在同一车辙模具,沿实验车轮的工作轨迹,预放置5个8片并联的压电俘能器,并将5个单元用导线并联起来,接入到接有LED发光二极管的LTC3588电路板中。当实验车轮碾过压电俘能器器件表面时,LED灯发光,这为压电俘能器在能源领域的应用提供实验基础。