本發(fā)明涉及壓電小梁試件的制備方法和實驗方法。

背景技術：

隨著經濟社會的發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染已成為當前的熱點話題，引起公眾的廣泛關注。如何開發(fā)綠色新能源，將其應用到日常生活中，是目前國內外的重點研究方向。壓電材料以其獨有的力電響應特性，能夠將外界的機械能轉化為電能，而且綠色環(huán)保，無限再生，成為當下的研究熱點。壓電材料在機械、結構等領域的研究已經非常成熟，也取得了豐碩的成果，但是在道路交通領域的研究才剛剛開始。因為我國公路里程數(shù)巨大，荷載作用頻率高，數(shù)值大，所以壓電材料在該領域有廣闊的應用前景。

目前對壓電材料在道路交通領域的研究主要集中在壓電器件制備方面，然后通過實驗測試器件的工作性能。但是多數(shù)實驗研究都只關注壓電器件本身的測試，忽略了其和道路結構作為一個整體共同進行研究。這樣容易導致器件的測試效果良好，卻在實際應用中存在諸多弊端，比如實際輸出功率遠小于測試值，器件存在影響道路結構的正常使用等。因此，急需能夠進行壓電器件和道路結構一體化研究的實驗方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明首先要解決的技術問題是提供一種壓電小梁試件，采用該壓電小梁試件進行加載試驗，能夠模擬路用壓電俘能器件在交通荷載作用下的工作情況，從而建立一種一體化的實驗方法。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種壓電小梁試件，包括壓電器件，壓電器件包括作為基座的壓電陶瓷，壓電陶瓷的外圍設有電極，電極的底面上設有支座，壓電陶瓷的頂面設有帽件，小梁試件根據(jù)試驗需要切割成合適的尺寸，壓電器件布置在小梁試件的底面上，每個壓電器件上均連接有指示部件。

進一步地，壓電陶瓷為pzt材料，其結構為矩形雙晶片結構，壓電陶瓷呈圓餅狀且具有一定的厚度。

進一步地，電極為黃銅材料，電極呈圓環(huán)狀緊貼在壓電陶瓷的外周側。

進一步地，支座均布于電極的底面上，且與電極的形狀相吻合，帽件為圓帽，帽件布置在壓電陶瓷頂面的中部。

進一步地，帽件和支座均采用高強度耐高溫橡膠材料。

進一步地，指示部件為led，當壓電材料受到一定的壓力時，能夠點亮對應的led指示部件。

本發(fā)明所要解決的另一個技術問題是提供一種上述壓電小梁試件的制備方法，該方法具體包括以下步驟：

（1）制備多個壓電器件；

（2）按照要求制備車轍板試件；

（3）切割多條小梁試件；

（4）將壓電器件固定在小梁試件的底部，并接上指示部件。

本發(fā)明還提供一種利用上述壓電小梁試件的試驗方法，該試驗方法采用上述小梁試件進行試驗，試驗的過程和要求是：

（1）將小梁試件放入車轍板模具內，填實空隙，放入自動車轍試驗儀進行加載，記錄輪碾軌跡；

（2）當車輪經過底部設有壓電器件的小梁試件正上方時，能夠點亮該壓電器件所連接的指示部件，壓電器件的點亮次數(shù)為，至少兩個來回點亮一次。

進一步地，小梁試件整齊并行地排列在車轍板上，每個小梁試件上均設有3個壓電器件，壓電器件兩兩之間的間距為6~7cm。

進一步地，小梁試件與車轍板兩側的邊緣用木條或厚紙板填實。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明根據(jù)壓電俘能路面在荷載作用下的變形機理，為了進一步研究在荷載下的俘能效果，設計了一種用于小梁實驗的俘能器件，并給出了對應的實驗方法；該壓電小梁試件可以除了可用于本方面所涉及的實驗以外，還能用于其他類似的俘能結構中，利用整體結構變形進行發(fā)電；該實驗方法可以用于深入研究內置的路面結構在荷載作用下的變形機理和俘能功率，為工程應用提供實驗指導。

附圖說明

圖1是壓電器件的正面示意圖。

圖2是壓電器件的反面示意圖。

圖3是壓電器件實物圖的正面示意圖。

圖4是壓電器件實物圖的反面示意圖。

圖5是壓電小梁試件的實驗示意圖。

圖6是壓電小梁試件的實驗實物圖。

具體實施方式

實施例1，參照附圖1-4。

本實施例提供一種應用于本發(fā)明的壓電小梁試件上的壓電器件。

該壓電器件包括作為基座的壓電陶瓷3，壓電陶瓷3為pzt材料，其結構為矩形雙晶片結構，壓電陶瓷3呈圓餅狀，其外徑為25mm，厚度為0.3mm，。

壓電陶瓷3的外圍設有電極1，電極1為黃銅材料，電極1呈圓環(huán)狀緊貼在壓電陶瓷3的外周側，電極1的內徑尺寸為25mm，與壓電陶瓷3的外徑尺寸一直，其外徑尺寸為35mm，厚度比壓電陶瓷3略薄，為0.26mm。

電極1的底面上設有多個橡膠支座2，橡膠支座2均布于電極1的底面上，且與電極1的環(huán)形的形狀相吻合，在本實施例中，橡膠支座2為3個，壓電陶瓷3的頂面設有帽件4，帽件為圓帽，帽件布置在壓電陶瓷3頂面的中部，帽件和支座均采用高強度耐高溫橡膠材料，厚度均為2mm。壓電器件上部采用橡膠圓帽，能夠更有效地傳遞位移；使用橡膠支座2，保證了三個點的高度相同，壓電材料處于水平，同時增大了支座的接觸面積，覆蓋了制作區(qū)域的電極1所有金屬部分，抑制整個金屬邊緣的向下變形，而盡量讓變形全部由中間的壓電陶瓷來承擔，這樣就等于變相增加了壓電器件的結構變形。

壓電器件布置在參與試驗的小梁試件的底面上，每個壓電器件上均連接有指示部件。指示部件為led，led安裝在小梁試件的外側，便于觀察，當壓電材料受到一定的壓力時，能夠點亮對應的led指示部件。

實施例2，參照附圖5-6。

本實施例提供一種壓電小梁試件的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）制備多個實施例1中的壓電器件備用；壓電器件可以委托生產廠家按照結構圖進行加工，首先選取合適的材料，然后切割出壓電陶瓷3作為基座，在壓電陶瓷3外側焊接固定電極1，在電極1上粘貼橡膠支座2，在壓電陶瓷3的上表面粘貼帽件4，

（2）按照要求制備車轍板試件，車轍板的尺寸為300mm×300mm×50mm；

（3）將車轍板切割成大小相同的八條小梁試件5，尺寸是300mm×35mm×30mm；

（4）將壓電器件固定在小梁試件的底部，并接上指示部件，采用0.6mm導線，將正面和反面的壓電陶瓷3用導線連接起來，再從正面同一位置引出一根導線，同時從電極1也引出一根導線，分別于led的連接,如圖2所示，指示部件引出放置在試驗器件的外部，便于觀察，如圖6所示。

實施例3，參照附圖5-6。

本實施例提供一種壓電小梁試件的試驗方法，試驗的具體要求和做法是：

將小梁試件放入車轍板模具內，要求小梁試件整齊并行地排列在車轍板上，每個小梁試件上均設有3個壓電器件，壓電器件兩兩之間的間距為6~7cm。

將小梁試件整體的兩側與車轍板之間的空隙6用木條或厚紙板填實，放入自動車轍試驗儀進行加載，記錄輪碾軌跡。

當車輪經過底部設有壓電器件的小梁試件正上方時，能夠點亮該壓電器件所連接的指示部件，壓電器件的點亮次數(shù)為，至少兩個來回點亮一次。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明提供一種壓電小梁試件，包括壓電器件，壓電器件包括作為基座的壓電陶瓷，壓電陶瓷的外圍設有電極，電極的底面上設有支座，壓電陶瓷的頂面設有帽件，小梁試件根據(jù)試驗需要切割成合適的尺寸，壓電器件布置在小梁試件的底面上，每個壓電器件上均連接有指示部件。本發(fā)明還提供一種上述壓電小梁試件的制備方法及利用上述壓電小梁試件的試驗方法，本發(fā)明設計了一種用于小梁實驗的俘能器件，并給出了對應的實驗方法；該實驗方法可以用于深入研究內置的路面結構在荷載作用下的變形機理和俘能功率，為工程應用提供實驗指導。

技術研發(fā)人員：陳奕聲;張鶴;黃康旭;呂朝鋒
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發(fā)日：2017.05.04
技術公布日：2017.10.20