[发明专利]一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法

说明书

一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法，包括如下步骤：S100、计算车辆通过收费站时对地产生的平均压力F_av；S200、计算压电陶瓷实际平均受力F；S300、计算高速公路上压电陶瓷铺设宽度b与车辆行驶过程中碾压过压电陶瓷的概率p；S400、计算每公里铺设的压电陶瓷组数量n₀以及陶瓷片数量n。本公开可有效的计算出高速公路路面所铺设压电材料可收集的能量，也可以计算出在满足各种压电发电设备在高速公路收费站供电需求的情况下，所需要铺设的压电陶瓷数量与长度，从而实现能量的循环利用和进行合理的道路规划。

技术领域

本发明属于新能源和道路建设领域，特别涉及一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法。

背景技术

当前，人们对于压电材料的关注和应用研究越来越广泛。压电发电的结构对于能量的产生和采集拥有重大意义。合适的压电发电结构，能够提高发电效率和压电传感及能量搜集技术，通过搜集公路路面收到汽车行驶导致路面形变产生的能量，实现能量的二次利用。我国早在2018年高速公路长度已经突破14万公里，在路面的设计服役期内，路面要经受几十万次至上亿次车辆轴载的反复作用。在行车荷载作用下，路面结构会产生应力、应变以及位移，路面将会从行车荷载和重力做的功中获得应变能和动能。道路上汽车行驶产生的大量能量直接损失，造成严重的能源浪费。将合适的压电材料埋入高速公路路面结构当中，则外力所产生的部分机械能可转化为电能，将这些能力进行转换与储存，再用于其他的供电需求，便可实现能量的循环利用，但目前国内尚没有铺设方法和应用环境的相关研究。

发明内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种高速公路收费站压电陶瓷铺设长度与数量的方法，包括如下步骤：

S100、计算车辆通过收费站时对地产生的平均压力F_av；

S200、计算压电陶瓷实际平均受力F；

S300、计算高速公路上压电陶瓷铺设宽度b与车辆行驶过程中碾压过压电陶瓷的概率p；

S400、计算每公里铺设的压电陶瓷组数量n₀以及陶瓷片数量n。

优选的，

步骤S400之后，所述方法进一步包括如下步骤：

S500、计算车辆单次碾过的平均发电量E；

S600、计算收费站实际日平均用电量E₂；

S700、计算高速公路上压电陶瓷组最短铺设长度L_min；

S800、计算出最短铺设长度所需的压电陶瓷组数量N₀以及陶瓷片数量N。

优选的，

步骤S100通过如下方式计算平均压力F_av：

F_av＝∑α_im_ig

式中，α_i——某类别车辆通过的概率；

m_i——某类别车辆的重量；

g——重力加速度，9.8N/kg。

优选的，

步骤S200通过如下方式计算平均受力F：

F＝γF_av

式中，γ——衰减系数。

优选的，