项目名称: 基于三维声学超材料与压电效应的车-路耦合振动能量回收转化机理及沥青路面压电换能系统研究

项目编号: No.51508031

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 建筑环境与结构工程学科

项目作者: 陈世斌

作者单位: 长安大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 振动作为一种新型的新能源,可通过转化产生电能。在我国现有交通量现状下,车-路耦合使路面形成了一个不停歇的振动能量源,一旦其被高效转化为电能,能为混合动力汽车充电,为公路沿线的交通指示灯、机电系统及工业用电等提拱电能。车-路耦合的不确定性引起的路面振动能量场具有传播的复杂性和方向的任意性,如何将路面振动能量高效的转化成电能,实现清洁的、环保的可再生能源真正替代,尤为困难。本项目以三维声学超材料与压电效应为基础,提出对路面振动能量先回收再转化的新思路,开展车-路耦合沥青路面振动能量回收转化机理及匹配的压电换能系统研究,研究汇聚波频段可调的三维超材料设计与制造方法,建立不同轴载、车速耦合作用在具有不同结构参数的沥青路面结构体中振动能量传播规律,探索面向沥青路面振动能量收集转化的声学超材料及压电换能系统一体化构建方法。推动沥青路面振动能源开发应用,为沥青路面赋予新的功能,促进智能路面的设计与发展。

中文关键词: 沥青路面;车-路耦合;振动能量回收转化;声学超材料;压电效应

英文摘要: Vibration is as a novel new energy, which can be converted into electricity. Present traffic status of our country for vehicle-road interaction provides a non-stop vibration energy source. Once it is efficiently converted into electrical energy, it can charge for hybrid cars and provide electricity for the traffic lights along the road, electrical and mechanical systems and industrial power, etc. Vehicle-road interaction makes the pavement to produce the vibration energy field with the complexity propagation and the arbitrary direction, and how to efficiently convert into electricity energy by road vibration, to achieve a real alternative with a clean, green renewable energy, and it is particularly difficult. In this project, a new idea that the road vibration energy is recovered and converted is proposed based on three-dimensional acoustic metamaterial and piezoelectric effect. Design and manufacturing method of three-dimensional metamaterial with adjustable converge wave band is studied, and energy propagation that vehicle-road interaction with different axle load, speed effected on asphalt pavement structure with different structural parameters is established. An integrating construction method faced to acoustic metamaterials and piezoelectric conversion system of asphalt pavement vibration energy for collecting and converting is explored. Theses will promote the development and application of asphalt pavement vibration energy, and give new functions for asphalt pavement, and facilitate the design and development of intelligent pavement.

英文关键词: asphalt pavement;vehicle-road interaction;vibration energy harvesting and conversion;acoustic metamaterial;piezoelectric effect

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