基于磁致伸縮材料的軌道振動能量收集裝置研究.pdf

1、隨著高速鐵路網的快速普及，列車運行安全監(jiān)測技術也經歷著時代的革新。軌道無線傳感網絡技術作為最新的列車安全監(jiān)測技術，也被賦予了新的時代使命。但是，由于無線傳感器的傳統(tǒng)供電以蓄電池為主，存在電池體積大、環(huán)境污染性和持續(xù)供電時間短等問題。所以解決無線傳感器的供能成為現(xiàn)今無線傳感網絡最為緊急的技術問題?，F(xiàn)有的軌道振動能量收集技術有電磁式、壓電式、機械式。隨著各國專家對超磁致伸縮材料（GMM）的研究深入，基于超磁致伸縮材料的能量收集技術也隨之被應

2、用于各種收集裝置。本文旨在解決無線傳感器的供能問題，設計基于超磁致伸縮棒軌道振動能量收集裝置，并對其展開建模分析，主要研究的內容有以下幾點：
　?。?）介紹軌道能量收集的研究意義和現(xiàn)狀，綜述現(xiàn)今的幾種軌道能量收集技術的基本原理。同時，比較幾種不同的能量收集技術各自的優(yōu)勢與不足。簡要介紹超磁致伸縮材料的特性，突出其應用于能量收集的優(yōu)勢。
　?。?）介紹中國高速無砟軌道譜，進行頻域與時域轉化，獲得滬杭線高速列車無砟軌道高低不平順

3、的時域樣本。建立車輛-板式軌道垂向耦合系統(tǒng)數(shù)學模型，將滬杭線高速列車無砟軌道高低不平順時域樣本作為耦合系統(tǒng)的激擾源，利用新型預測-校正積分法進行數(shù)值求解，可以得到鋼軌的垂向位移峰值為0.5mm，軌道板垂向位移峰值為0.035mm，鋼軌支反力峰值為28KN。
　?。?）簡要介紹超磁致伸縮材料的發(fā)展歷史、工作原理和材料特性，突出其作為能量收集裝置核心器件的重要性。簡要闡述磁致伸縮材料的幾種磁滯模型，并對比分析各自的優(yōu)缺點。對Jiles

4、-Atherton磁滯模型進行改進，結合Villari效應，建立超磁致伸縮材料軌道振動能量收集的數(shù)學模型。
　?。?）在無砟板式軌道的安裝標準下，確立超磁致伸縮軌道振動能量收集裝置的主體結構。同時，對能量收集裝置的關鍵部件設計和優(yōu)化。其次，對超磁致伸縮材料軌道振動能量收集裝置數(shù)值仿真分析，輸出電壓峰值可達400V，輸出功率峰值可達4W。最后對能量回收理論初步預估，單個能量收集裝置在滬杭線一天所能收集的能量為211.344J，單個無