一種壓電發(fā)電路面能量累積計(jì)算方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種壓電發(fā)電路面能量累積計(jì)算方法，通過(guò)分析在單次標(biāo)準(zhǔn)荷載作用下發(fā)電路面內(nèi)壓電元件能夠產(chǎn)生的電能，結(jié)合交通軸載換算理論建立能量累積的發(fā)電路面能量輸出能力?；谛熊?chē)荷載累積的發(fā)電能量輸出分析方法避免了傳統(tǒng)能量輸出研究方法在發(fā)電路面中生搬套用帶來(lái)的各種問(wèn)題，適合于不同時(shí)間段、不同道路環(huán)境中發(fā)電路面電能輸出分析評(píng)價(jià)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 一種壓電發(fā)電路面能量累積計(jì)算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于道路工程應(yīng)用領(lǐng)域，涉及壓電發(fā)電路面，具體涉及一種壓電發(fā)電路面能量累積計(jì)算方法。

【背景技術(shù)】
[0002]截止2013年底，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)2.5億輛，其中汽車(chē)保有量達(dá)1.27億輛，這預(yù)示著我國(guó)已正式進(jìn)入汽車(chē)時(shí)代。如此巨大的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量意味著在我國(guó)范圍內(nèi)道路將承受幾十億次的車(chē)輛荷載，道路在行車(chē)荷載的反復(fù)作用下發(fā)生振動(dòng)、形變-恢復(fù)等狀態(tài)變化，將行車(chē)荷載所帶來(lái)的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和應(yīng)變能，這些能量最終轉(zhuǎn)換成路面的熱能或其他能量，耗散在道路環(huán)境之中。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)報(bào)道，普通城市主干道每天有15000?20000的交通量通過(guò)，這相當(dāng)于每條干路每天至少浪費(fèi)30000?40000噸有機(jī)能源。如若將這部分能量收集并給與應(yīng)用，開(kāi)發(fā)發(fā)電路面不僅在道路工程具有學(xué)術(shù)性突破，更會(huì)對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)帶來(lái)無(wú)可估量的效益。
[0003]壓電發(fā)電路面是指將具有能量轉(zhuǎn)化能力的壓電元件植入浙青路面內(nèi)部或表面，汽車(chē)在路面上行駛時(shí)，車(chē)輪擠壓壓電元件，其內(nèi)部中的微晶體使其產(chǎn)生電荷，當(dāng)數(shù)千個(gè)壓電元件被植入浙青面內(nèi)部，在行車(chē)荷載作用下便可產(chǎn)生巨大的電量。已有研究表明，汽車(chē)在這種植入儲(chǔ)能材料的浙青路面上行駛1.6公里可產(chǎn)生640千瓦時(shí)的電量，可供I個(gè)200瓦的燈泡連續(xù)照明7天。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于發(fā)電路面的研究仍處于起步階段，對(duì)壓電發(fā)電路面的能量輸出計(jì)算方法都未見(jiàn)相關(guān)報(bào)道?，F(xiàn)有針對(duì)壓電換能器的能量輸出計(jì)算方法，通常將壓電換能器放置于可以提供一定振動(dòng)加速度的振動(dòng)、以定頻率的動(dòng)力源(振動(dòng)臺(tái))上，借助振動(dòng)狀態(tài)下的粘彈性微分方程從理論角度計(jì)算壓電換能器的電能輸出效果。若將傳統(tǒng)的壓電換能器能量輸出方法直接應(yīng)用到壓電發(fā)電路面中進(jìn)行能量輸出計(jì)算，與現(xiàn)實(shí)壓電發(fā)電路面工作狀態(tài)相比，存在以下問(wèn)題:
[0005](A)根據(jù)行車(chē)交通時(shí)間分布特性，同時(shí)時(shí)間段內(nèi)，交通荷載通過(guò)的次數(shù)、速度均不相同，粘彈性模型中的荷載以某一固定頻率作用路面，不能客觀的反應(yīng)行車(chē)荷載作用的次數(shù)以及荷載作用時(shí)間間隔等工作狀態(tài)。
[0006](B)道路系統(tǒng)中，交通量構(gòu)成復(fù)雜、軸載構(gòu)成復(fù)雜導(dǎo)致粘彈性模型中的F(t)不能很好的模擬真實(shí)的道路行車(chē)荷載對(duì)發(fā)電路面的作用效果。
[0007](C)路用壓電元件在路面中應(yīng)用，會(huì)破壞路面結(jié)構(gòu)的連續(xù)性，造成路面路用性能的應(yīng)力性損傷甚至斷裂性破壞，模型中的彈塑性不能完全的模擬路面內(nèi)部的受力狀況。
[0008]因此，傳統(tǒng)壓電元件能量輸出研究方法不適合直接應(yīng)用到發(fā)電路面系統(tǒng)進(jìn)行電能輸出分析，若能夠提供一種針對(duì)壓電發(fā)電路面的能量輸出理論計(jì)算方法，將對(duì)發(fā)電路面的研究、應(yīng)用都具有指導(dǎo)意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]針對(duì)傳統(tǒng)壓電元件的壓電能量輸出計(jì)算方法在壓電發(fā)電路面應(yīng)用中存在的不適用問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種壓電發(fā)電路面能量累積計(jì)算方法，為壓電發(fā)電路面提供一種全新的能量累積計(jì)算方法，避免了傳統(tǒng)壓電元件的能量輸出研究方法在壓電發(fā)電路面中生搬套用帶來(lái)的各種問(wèn)題。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)任務(wù)，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0011]一種壓電發(fā)電路面能量累積計(jì)算方法，按(式I)計(jì)算:

【權(quán)利要求】
1.一種壓電發(fā)電路面能量累積計(jì)算方法，其特征在于:按(式I)計(jì)算:
其中: Ns為標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)， d33表示壓電元件縱向壓電系數(shù)； A表示壓電元件的面積； h表不壓電兀件的厚度； ε piezo表示壓電元件的自由介電常數(shù); L為壓電元件電能產(chǎn)生區(qū)域長(zhǎng)度，L = 2D+d, D表示標(biāo)準(zhǔn)軸載換算為均布荷載后的當(dāng)量圓直徑，d表示壓電元件沿著車(chē)輛行進(jìn)方向的長(zhǎng)度；p = 0.67MPa ； V表示車(chē)輛勻速行駛的速度。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104077436SQ201410283033
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】王朝輝, 劉志勝, 李彥偉, 封棟杰, 高志偉, 趙永禎, 石鑫 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué)