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Unlocking multidirectional and broadband wind energy harvesting with triboelectric nanogenerator and vortex-induced vibration of sphere

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Applied Mathematics and Mechanics(English Edition) 2024年第11期45卷 1895-1912页

作者： lanbin zhang Yixiang HE Bo MENG Huliang DAI Lin WANG Faculty of Engineering China University of GeosciencesWuhan430074China International Joint Research Center for Deep Earth Drilling and Resource Development Wuhan430074China Hubei Key Laboratory for Engineering Structural Analysis and Safety Assessment School of Aerospace EngineeringHuazhong University of Science and TechnologyWuhan430074China Key Laboratory of Optoelectronic Devices and Systems of Ministry of Education and Guangdong Province College of Physics and Optoelectronic EngineeringShenzhen UniversityShenzhenGuangdong Province518060China

A unique oscillating wind-driven triboelectric nanogenerator(OWTENG)based on the sphere's vortex-induced vibration(VIV)behavior is proposed in this study,which can harvest wind energy across a multitude of horizontal *** the Euler-Lagrange method,the coupled governing equations of the OWTENG are established and subsequently validated by experimental *** vibrational properties and output performance of the OWTENG for varying wind speeds are analyzed,demonstrating its effectiveness in capturing wind energy across a broad range of wind speeds(from 2.20 m/s to 8.84 m/s),and the OWTENG achieves its peak output power of 106.3μW at a wind speed of 5.72 m/***,the OWTENG maintains a steady output power across various wind directions within the speed range of 2.20 m/s to 7.63 m/***,when the wind speed exceeds 7.63 m/s,the vibrational characteristics of the sphere shift based on the wind direction,leading to fluctuations in the OWTENG's output *** research presents an innovative approach for designing vibrational triboelectric nanogenerators,offering valuable insights into harvesting wind energy from diverse directions and speeds.

关键词： wind energy harvesting triboelectric nanogenerator vortex-induced vibration(VIV) lock-in region

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Mechanical behaviors of mylonitic granite and granitic protomylonite in a deep ductile shear zone

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2024年第7期16卷 2663-2677页

作者： lanbin zhang Ru zhang Li Ren Zhilong zhang Zetian zhang Dong Wang Xinzhong Wang Huijun Lu State Key Laboratory of Intelligent Construction and Healthy Operation and Maintenance of Deep Underground Engineering College of Water Resource and HydropowerSichuan UniversityChengdu610065China MOE Key Laboratory of Deep Earth Science and Engineering Sichuan UniversityChengdu610065China China Railway Eryuan Engineering Group Company Ltd.Chengdu610065China School of Architecture and Civil Engineering Xihua UniversityChengdu610065China

For projects near the tectonic belt,mylonite of varying metamorphic degrees may be *** matrix proportion of rock reflects its internal microscopic characteristics,thus it is beneficial for engineering geology to study the effect of the matrix proportion on the mechanical properties and rupture behaviors of *** of mylonitic granite and granitic protomylonite with varying matrix proportions were obtained from a ductile shear zone for a series of uniaxial compression and acoustic emission(AE)*** results showed that with the increase in matrix proportion,the average strength and elastic modulus of the samples increased,and the rock sample with the largest matrix proportion exhibited the maximum peak stress of 244.42 MPa,which was 45.86%greater than the average peak stress of the rock samples with the smallest matrix *** the rock samples with larger matrix proportion,their mechanical parameters exhibited greater dispersion and the large-scale appearance of AE events occurred earlier,showing a relatively gradual failure *** samples had larger accumulated AE parameter values and greater degree of *** contrast,for samples with smaller matrix proportions,the large-scale appearance of AE events occurred close to the peak stress,indicating that the occurrence of damage and fractures was centralized and *** samples had lower accumulated AE parameter values and fewer cracks after ***,for the rock samples with more matrix proportion,the average variance of the b-value was 1.1,which was lower than that of rock samples with the smallest matrix proportion(the average variance of the b-value was 3.7).Furthermore,it can be predicted that under certain stress,the failure depth around a tunnel is generally smaller when the strength of rock samples with larger matrix proportion is greater.

关键词： Mylonite Matrix proportion Mechanical properties Acoustic emission(AE) Rupture behaviors

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基于非线性吸能机理的涡激振动减振理论与实验研究

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力学学报 2022年第11期54卷 3147-3156页

作者：陆子何毅翔张岚斌代胡亮王琳华中科技大学航空航天学院武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted ... 详细信息

流致振动现象广泛存在于机械、航空、土木和石油等重要工程领域,为防止工程结构因流致振动行为而造成疲劳破坏,有必要对稳定性、动力学响应及其振动控制做深入研究.本文提出了一种由弹簧和质量块构成的非线性吸能器(nonlinear targeted energy transfer, NTET),研究了该非线性吸能器对弹性支承圆柱体涡激振动的被动控制影响机制.基于能量法推导了圆柱体涡激振动非线性被动控制的耦合动力学方程,通过设计非线性弹簧-质量块构型的NTET,进一步开展了涡激振动控制的实验研究,并与理论预测结果进行了较好的对比,获得提升涡激振动控制效果的最佳参数值.研究发现, NTET的质量、弹簧刚度以及弹簧预应力等参数会对涡激振动控制效果产生显著的影响.本文研究结果表明,该耦合系统中圆柱体和NTET均表现出周期性的稳态振动响应, NTET质量的改变会显著影响系统的耦合频率.在无预应力状态下, NTET质量越大、刚度越小时,有更好的减振效果.当弹簧预应力逐渐增大时, NTET的非线性刚度逐渐变弱,会降低涡激振动控制性能.参数分析表明:随着涡激振动控制性能的提升,圆柱体的振幅逐渐较小, NTET的振幅逐渐增大,能量传递效率逐渐提高.研究结果可为工程中涡激振动控制策略的高效设计提供有用的理论支撑和实验数据.

关键词：涡激振动非线性吸能器非线性振动控制锁频区域

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基于人体运动的压电-电磁混合式振动能量采集研究

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固体力学学报 2019年第5期40卷 427-440页

作者：代胡亮林时想张岚斌曾良华中科技大学力学系武汉430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室武汉430074

将人体运动产生的动能转化为可利用的电能为传感器供电一直是能量采研究中的一个热点.如何有效利用人体运动,增强环境适应能力以及提高能量采集性能仍是俘能研究中需要解决的关键问题.论文基于人体运动特性,设计了一种新型的混合式能量... 详细信息

将人体运动产生的动能转化为可利用的电能为传感器供电一直是能量采研究中的一个热点.如何有效利用人体运动,增强环境适应能力以及提高能量采集性能仍是俘能研究中需要解决的关键问题.论文基于人体运动特性,设计了一种新型的混合式能量采集器,同时具有压电和电磁转化机制.压电俘能是基于压电梁变形产生电能,电磁发电机采用堆叠磁组构型来切割线圈产生电动势.首先建立了混合式能量采集器的动力学理论模型,用来描述输出电压特性,并与实验进行了对比验证.理论与实验研究均表明,混合式俘能器的输出电压在一定激励频率范围内出现两个波峰.通过调节压电梁长度,可以改变峰值大小以及两个峰值间的频段范围.人体运动实验表明,混合式俘能器中可以在短时间内提供较高的电压输出,比如当跑步速度为5 km/h时,3 s内就可以输出1.1 V直流电压驱动传感器工作;跑步时长为30 s时,传感器正常工作时常可以达到77 s.论文设计的混合式俘能器不仅可以快速供电,还具有较强的续航能力,这为电池充电或传感器供电提供了潜在的应用价值.

关键词：压电俘能电磁发电机人体运动俘能共振频率自供电

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碳中和背景下的水资源利用与保护

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工程科学与技术 2022年第1期54卷 69-82页

作者：张茹楼晨笛张泽天黄晓荣谢晶郝齐钧张岚斌李怡航刘小玲四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室四川成都610065 四川大学水利水电学院四川成都610065

实现水资源高效智慧的利用与保护,是国家推进能源结构调整,促进低碳技术发展和环境保护,应对全球气候变化,实现“碳达峰、碳中和”战略目标的共性关键基础。为此,本文从水资源科技发展对碳中和的重大促进作用视角出发,回顾总结了水资源... 详细信息

实现水资源高效智慧的利用与保护,是国家推进能源结构调整,促进低碳技术发展和环境保护,应对全球气候变化,实现“碳达峰、碳中和”战略目标的共性关键基础。为此,本文从水资源科技发展对碳中和的重大促进作用视角出发,回顾总结了水资源利用与保护的历史和战略发展趋势,阐明了水资源利用对开拓清洁能源应用潜力、促进国家能源结构低碳化的关键作用,研究了水资源利用与保护对于缩减碳源、提高碳汇的天然优势,并从规划运行智慧化、生态能源一体化、空间利用充分化、设计建造绿色化和改造发展统筹化等五大发展方向,系统凝练了智慧水利信息网络及反馈调控、多源信息监测体系及一体化模式、特殊地下空间利用及地下蓄能设施、生态水利工程及零碳水电站系统、中小型水电站改造并网及离网型水风光互补系统等高效智慧利用与保护水资源的技术方法。研究成果对长江黄河等重要流域保护、推进国家水资源利用重大战略工程实践、助力实现碳达峰、碳中和“3060”目标均具有重要促进意义。

关键词：水资源碳中和深地–地表联动智慧水利综合保护

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一种采集风能的多层薄膜颤振混合纳米发电机

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微纳电子技术 2020年第2期57卷 136-141,168页

作者：夏杨彭争春张岚斌王子墨上海理工大学新能源科学与工程研究所上海200093 深圳大学物理与光电工程学院可拉伸电子及纳米传感器研究中心广东深圳518060 华中科技大学土木工程与力学学院武汉430074

设计了一种多层薄膜颤振混合纳米发电机(MFFH-NG),能同时采集薄膜由于风致振动产生的摩擦电能与压电能。薄膜组成材料为聚四氟乙烯/银/聚偏氟乙烯/银/聚四氟乙烯(PTFE/Ag/PVDF/Ag/PTFE)。模拟分析了MFFH-NG中摩擦纳米发电机(TENG)和压... 详细信息

设计了一种多层薄膜颤振混合纳米发电机(MFFH-NG),能同时采集薄膜由于风致振动产生的摩擦电能与压电能。薄膜组成材料为聚四氟乙烯/银/聚偏氟乙烯/银/聚四氟乙烯(PTFE/Ag/PVDF/Ag/PTFE)。模拟分析了MFFH-NG中摩擦纳米发电机(TENG)和压电纳米发电机(PENG)的工作机理;实验分析了摩擦电极板之间距离变化时器件的开路电压,得出一个最优方案。MFFH-NG可以作为一种频率-风速传感器,传感精度为1.61 Hz/(m·s^-1)。风速为10 m/s时,测出开路电压峰值平均值为189 V,均方电压为101 V,单位面积的开路电压峰值平均值和单位面积的均方电压分别为5.73×10^4 V/m^2和3.06×10^4 V/m^2;外接负载电阻为10 MΩ时,峰值功率密度平均值达到最大,为345.2 mW/m^2,均方功率密度为23.6 mW/m^2。MFFH-NG作为直接供能源可以点亮90盏商用LED灯,发出的电能可以存储到电容器中,在风能采集和自供电系统中显示出良好的应用前景。

关键词：摩擦纳米发电机(TENG) 压电纳米发电机(PENG) 频率-风速传感器风能采集商用LED

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基于能量特征的不同深度煤岩脆塑性评价方法

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实验室研究与探索 2021年第11期40卷 27-31,37页

作者：张岚斌刘洋贾哲强张朝鹏艾婷张泽天四川大学水利水电学院成都610065 四川大学深地科学与工程教育部重点实验室成都610065 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

基于平顶山煤不同赋存深度下煤岩试样三轴压缩试验结果,分析了煤岩破坏过程中能量演化特点及深度特征,提出新的脆性度指标并进行了煤岩脆塑性分析。研究表明,随着赋存深度增加,煤岩破坏前后产生的耗散能、峰值应力处储存的可释放弹性能... 详细信息

基于平顶山煤不同赋存深度下煤岩试样三轴压缩试验结果,分析了煤岩破坏过程中能量演化特点及深度特征,提出新的脆性度指标并进行了煤岩脆塑性分析。研究表明,随着赋存深度增加,煤岩破坏前后产生的耗散能、峰值应力处储存的可释放弹性能、峰值应力后残余的弹性能均呈增长趋势,煤样破坏时释放的弹性能呈减小趋势;不同赋存深度煤岩变形破坏特征峰前以脆性为主,峰后以塑性为主。随赋存深度增加,煤岩峰前的塑性特征和峰后的延性特征均更为明显。

关键词：煤岩不同赋存深度能量特征脆性度指标

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基于有轨制导车辆的多维度电梯物理模型建立与控制系统研究

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中国工程机械学报 2021年第3期19卷 201-206页

作者：杨红娟周谦李凯凯王磊张兰斌山东建筑大学信息与电气工程学院山东济南250101 山东建筑大学机电工程学院山东济南250101

现代高层建筑在高度增加的同时,建筑的跨度也在不断增大。传统电梯在垂直方向运输效率低,且无法实现水平方向的运输,也无法满足高层大跨度建筑内乘客的乘梯需求。为了克服传统电梯结构的缺陷,提升大跨度建筑内乘客的移动效率,提出一种... 详细信息

现代高层建筑在高度增加的同时,建筑的跨度也在不断增大。传统电梯在垂直方向运输效率低,且无法实现水平方向的运输,也无法满足高层大跨度建筑内乘客的乘梯需求。为了克服传统电梯结构的缺陷,提升大跨度建筑内乘客的移动效率,提出一种基于有轨制导车辆(RGV)的多维度电梯,在垂直方向实现电梯的循环运行,同时突破传统电梯单维度运行的限制,实现电梯的水平横向移动。研究基于RGV的多维度电梯物理模型、控制系统以及调度策略,验证了方案的可行性,为可实现垂直与水平方向的电梯,提供了一种解决方案。

关键词：高层大跨度建筑有轨制导车辆多维度电梯循环运行

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A subspace based method for modelling building’s thermal dynamic in district heating system and parameter extrapolation verification

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Building Simulation 2023年第11期16卷 2145-2158页

作者： Junfeng zhang lanbin Liu Yameng Liu University of Science and Technology Beijing 30 Xueyuan RoadBeijing100083China Beijing Nuanliu Technology Co. Ltd.Beijing100083China

The district heating system(DHS)consumes a lot of energy in winter,and its control accuracy needs to be improved *** apply advanced process control(APC)in DHS,the thermal dynamic model of the existing buildings is *** paper uses the subspace method which is a data-driven approach for modelling the thermal dynamics of the *** model’s performance is analyzed using the collected data,and the differences compared to the classical methods are also *** method reduces the RMSE by about 20%compared with the ARX model for the same ***,the analysis of the training residuals indicates that the estimate of periodic intra-building disturbance can be obtained by minimizing the training *** introducing the estimated disturbance function,the RMSE on the test set is further reduced by 26%.At the end of the article,a simple parameter extrapolation experiment is conducted,and the result shows that the parameters can be extrapolated to other buildings without large errors.

关键词： modelling district heating system state-space ARX thermal dynamics

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满足试样内部环境参数测量的试样制备模具设计

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实验科学与技术 2024年第4期22卷 7-12页

作者：张朝鹏李怡航刘洋艾婷任利刘小玲张岚斌四川大学深地科学与工程教育部重点实验室成都610065 四川大学水利水电学院成都610065

随着深部资源开采和深地空间利用等工程活动的日益普遍,岩土工程面临越来越多复杂环境下岩石力学问题和挑战,亟须开展高温高压原位环境下的岩石力学测试研究,要求岩石力学测试具备更为准确和更多维度的数据测量采集能力。为此,该文开发... 详细信息

随着深部资源开采和深地空间利用等工程活动的日益普遍,岩土工程面临越来越多复杂环境下岩石力学问题和挑战,亟须开展高温高压原位环境下的岩石力学测试研究,要求岩石力学测试具备更为准确和更多维度的数据测量采集能力。为此,该文开发设计了一种满足试样内部环境参数测量的试样制备模具,并形成了一套内置传感器及其信号传输通道的浇筑方法,最终制备出若干内置温度传感器及其信号传输通道的混凝土试样,且内置传感器通过导线信号传输正常,表明该试样制备模具能满足试样内部环境参数测量的试验要求。该试样浇筑模具操作方便简单,预设传感器位置可调,且可配套多种内置传感器使用,具有较强的操作性、可行性和适用性。该装置的开发和使用将有利于更多高精度多维度岩石力学测试的顺利开展。

关键词：高温高压环境内部参数测量试样制备模具内置传感器岩石力学测试

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