Modeling on piezoelectric energy harvesting from pavements under traffic loads

移动荷载 路基 能量收集 压电 传感器 结构工程 电压 流离失所(心理学) 工程类 声学 能量(信号处理) 数学 有限元法 电气工程 物理 心理学 心理治疗师 统计
作者
Zhiwei Zhang,Hongjun Xiang,Zhifei Shi
出处
期刊:Journal of Intelligent Material Systems and Structures [SAGE Publishing]
卷期号:27 (4): 567-578 被引量:66
标识
DOI:10.1177/1045389x15575081
摘要

Piezoelectric energy harvesting from deformation in pavements caused by moving vehicles is investigated in this work. The behavior of pavement is described by a plate resting on a Winkler foundation. Two types of moving distributed loads are considered: single-wheel load and four-wheel load. The loads and the displacement of the pavement are expanded with trigonometric series. Two explicit solutions for the dynamic response of the pavement are then obtained using the Fourier transform and Cauchy’s residue theorem. The voltage and power outputs of a piezoceramic transducer embedded in the pavement are then obtained by the direct piezoelectric effect. Finally, a comprehensive numerical study is conducted to show the effect of the Winkler modulus, the velocity of moving load, the position of moving load, and the position of transducer on the voltage and power outputs. Numerical results show that, compared with a previously studied beam model, the plate model is more suitable for predicting the harvested energy from pavements over soft subgrade.
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