一种压电发电路面能量累积计算方法
【专利摘要】本发明提供了一种压电发电路面能量累积计算方法，通过分析在单次标准荷载作用下发电路面内压电元件能够产生的电能，结合交通轴载换算理论建立能量累积的发电路面能量输出能力。基于行车荷载累积的发电能量输出分析方法避免了传统能量输出研究方法在发电路面中生搬套用带来的各种问题，适合于不同时间段、不同道路环境中发电路面电能输出分析评价。
【专利说明】 一种压电发电路面能量累积计算方法
【技术领域】
[0001]本发明属于道路工程应用领域，涉及压电发电路面，具体涉及一种压电发电路面能量累积计算方法。
【背景技术】
[0002]截止2013年底，我国机动车保有量达2.5亿辆，其中汽车保有量达1.27亿辆，这预示着我国已正式进入汽车时代。如此巨大的机动车保有量意味着在我国范围内道路将承受几十亿次的车辆荷载，道路在行车荷载的反复作用下发生振动、形变-恢复等状态变化，将行车荷载所带来的能量转化为动能和应变能，这些能量最终转换成路面的热能或其他能量，耗散在道路环境之中。据相关机构报道，普通城市主干道每天有15000?20000的交通量通过，这相当于每条干路每天至少浪费30000?40000吨有机能源。如若将这部分能量收集并给与应用，开发发电路面不仅在道路工程具有学术性突破，更会对我国的经济和社会带来无可估量的效益。
[0003]压电发电路面是指将具有能量转化能力的压电元件植入浙青路面内部或表面，汽车在路面上行驶时，车轮挤压压电元件，其内部中的微晶体使其产生电荷，当数千个压电元件被植入浙青面内部，在行车荷载作用下便可产生巨大的电量。已有研究表明，汽车在这种植入储能材料的浙青路面上行驶1.6公里可产生640千瓦时的电量，可供I个200瓦的灯泡连续照明7天。
[0004]目前，国内外关于发电路面的研究仍处于起步阶段，对压电发电路面的能量输出计算方法都未见相关报道。现有针对压电换能器的能量输出计算方法，通常将压电换能器放置于可以提供一定振动加速度的振动、以定频率的动力源(振动台)上，借助振动状态下的粘弹性微分方程从理论角度计算压电换能器的电能输出效果。若将传统的压电换能器能量输出方法直接应用到压电发电路面中进行能量输出计算，与现实压电发电路面工作状态相比，存在以下问题:
[0005](A)根据行车交通时间分布特性，同时时间段内，交通荷载通过的次数、速度均不相同，粘弹性模型中的荷载以某一固定频率作用路面，不能客观的反应行车荷载作用的次数以及荷载作用时间间隔等工作状态。
[0006](B)道路系统中，交通量构成复杂、轴载构成复杂导致粘弹性模型中的F(t)不能很好的模拟真实的道路行车荷载对发电路面的作用效果。
[0007](C)路用压电元件在路面中应用，会破坏路面结构的连续性，造成路面路用性能的应力性损伤甚至断裂性破坏，模型中的弹塑性不能完全的模拟路面内部的受力状况。
[0008]因此，传统压电元件能量输出研究方法不适合直接应用到发电路面系统进行电能输出分析，若能够提供一种针对压电发电路面的能量输出理论计算方法，将对发电路面的研究、应用都具有指导意义。
【发明内容】
[0009]针对传统压电元件的压电能量输出计算方法在压电发电路面应用中存在的不适用问题，本发明的目的在于提供一种压电发电路面能量累积计算方法，为压电发电路面提供一种全新的能量累积计算方法，避免了传统压电元件的能量输出研究方法在压电发电路面中生搬套用带来的各种问题。
[0010]为了实现上述技术任务，本发明采用如下技术方案予以实现:
[0011]一种压电发电路面能量累积计算方法，按(式I)计算:
【权利要求】
1.一种压电发电路面能量累积计算方法，其特征在于:按(式I)计算:
其中: Ns为标准轴载作用次数， d33表示压电元件纵向压电系数； A表示压电元件的面积； h表不压电兀件的厚度； ε piezo表示压电元件的自由介电常数; L为压电元件电能产生区域长度，L = 2D+d, D表示标准轴载换算为均布荷载后的当量圆直径，d表示压电元件沿着车辆行进方向的长度；p = 0.67MPa ； V表示车辆匀速行驶的速度。
【文档编号】G06F17/50GK104077436SQ201410283033
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月23日 优先权日:2014年6月23日
【发明者】王朝辉, 刘志胜, 李彦伟, 封栋杰, 高志伟, 赵永祯, 石鑫 申请人:长安大学