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基于高斯展开法的钢轨-双声学黑洞压电梁俘能特性研究
1
作者
杨舟
冯青松
+2 位作者
邓杰
张凌
贺辉
《振动工程学报》
北大核心
2025年第5期1002-1015,共14页
声学黑洞效应通过减缓结构中弹性波的传播并抑制边界反射,为振动能量回收提供了思路。设计了一种用于铁路轨道系统的双声学黑洞压电梁俘能装置,基于能量泛函变分原理与高斯展开法构建了钢轨-俘能装置的力-电耦合半解析模型,并经有限元...
声学黑洞效应通过减缓结构中弹性波的传播并抑制边界反射,为振动能量回收提供了思路。设计了一种用于铁路轨道系统的双声学黑洞压电梁俘能装置,基于能量泛函变分原理与高斯展开法构建了钢轨-俘能装置的力-电耦合半解析模型,并经有限元模拟验证。结合列车荷载条件,系统分析了能量回收特性及其关键影响因素,包括黑洞几何参数和端部附加质量。结果表明:在0~1500 Hz频率范围内形成四个主要能量回收频带,最大输出电压为4.83 V,回收效率达2.23%。当压电片长度与结构弯曲波半波长匹配时回收性能最优,增强黑洞效应或合理配置附加质量可显著提升能量回收效率。
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关键词
能量回收
高斯展开法
铁路轨道
双声学黑洞压电梁
动态轮轨力
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职称材料
题名
基于高斯展开法的钢轨-双声学黑洞压电梁俘能特性研究
1
作者
杨舟
冯青松
邓杰
张凌
贺辉
机构
华东交通大学山区土木工程安全与韧性全国重点实验室
湖南工学院土木与建筑工程学院
西北工业大学海洋声学信息感知重点实验室
出处
《振动工程学报》
北大核心
2025年第5期1002-1015,共14页
基金
国家自然科学基金委员会-中国国家铁路集团有限公司铁路基础研究联合基金项目(U2468226)
国家自然科学基金资助项目(52468063,52178423,52408327)
湖南省自然科学基金资助项目(2024JJ6198)。
文摘
声学黑洞效应通过减缓结构中弹性波的传播并抑制边界反射,为振动能量回收提供了思路。设计了一种用于铁路轨道系统的双声学黑洞压电梁俘能装置,基于能量泛函变分原理与高斯展开法构建了钢轨-俘能装置的力-电耦合半解析模型,并经有限元模拟验证。结合列车荷载条件,系统分析了能量回收特性及其关键影响因素,包括黑洞几何参数和端部附加质量。结果表明:在0~1500 Hz频率范围内形成四个主要能量回收频带,最大输出电压为4.83 V,回收效率达2.23%。当压电片长度与结构弯曲波半波长匹配时回收性能最优,增强黑洞效应或合理配置附加质量可显著提升能量回收效率。
关键词
能量回收
高斯展开法
铁路轨道
双声学黑洞压电梁
动态轮轨力
Keywords
energy harvesting
Gaussian expansion method
railway tracks
double acoustic black hole piezoelectric beam
dynamic wheel-rail force
分类号
O321 [理学—一般力学与力学基础]
U211.3 [交通运输工程—道路与铁道工程]
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题名
作者
出处
发文年
被引量
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1
基于高斯展开法的钢轨-双声学黑洞压电梁俘能特性研究
杨舟
冯青松
邓杰
张凌
贺辉
《振动工程学报》
北大核心
2025
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