双自由度磁悬浮式桥梁振动能量采集器数值仿真和优化

邓露 聂新民 毕涛 何维

摘要：提出了一种能利用桥梁振动能量为传感器持续供电的双自由度磁悬浮振动能量采集器（TMEH），该系统的能量采集效率远高于传统单自由度磁悬浮振动能量采集器（SMEH）.推导了TMEH系统的运动控制方程和机电耦合方程；建立了TMEH的多目标优化模型，提出了基于NSGA2算法的能量采集器參数优化设计方法；最后将TMEH和SMEH在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下的响应特性和能量采集效率进行了对比.研究结果表明：1）通过NSGA2算法优化设计，TMEH能获得更宽的采能带宽和更高的输出功率；2）TMEH比SMEH的采能效率有明显提高.在简谐振动激励和桥梁随机振动激励作用下，TMEH的输出功率比SMEH增加了约2倍.

关键词：振动能量采集器；桥梁健康监测；车桥耦合振动；磁悬浮；多目标优化