近年来,桥梁在现代交通运输系统中扮演着越来越重要的角色,桥梁的健康状况直接关乎整个交通运输系统的安全。因此,需要在桥梁上分布数量众多的无线传感器来监测桥梁的健康状况。然而,由于桥梁的位置、结构限制以及成本的考虑,不可能经常更换电源,所以传统的电化学电池无法满足这种需求,为这些传感器提供可靠的能源成为了一个巨大的挑战。桥梁振动能量的频率分布在一个较宽的频带,在这种情况下基于共振原理的传统线性结构压电俘能器的工作效率难以保障高效的工作效率。本文结合车辆桥梁耦合振动特性,在桥梁振动压电能量收集中引入非线性多稳态技术,使桥梁振动俘能器在较宽的车速范围内保持大幅阱间跳跃,从而保持大的振幅与变形,产生大的电能输出。主要的研究内容和成果总结如下:（1）通过在单稳态系统中引入磁引力,构造了一种水平放置的单稳态结构压电俘能器。基于欧拉伯努利梁理论,推导了单稳态结构压电俘能器的势能函数,然后分析了不同磁铁间距对势能、回复力和刚度的影响。将水平放置的线性结构和单稳态结构压电俘能器置于桥梁中部开展实验研究,测量了移动质量以不同速度通过桥梁时俘能器的应变响应和输出电压。结果表明,当移动速度超过某一临界值时,水平放置的单稳态结构压电俘能器的能量收集性能显著高于线性结构压电俘能器。此外,水平放置的单稳态结构压电俘能器在频谱上有一个峰值,对应于高能轨道,在高能轨道上运动时,能够显著提高输出电压,具有较高的能量收集效率。（2）通过施加磁引力,引入双稳态特性,设计了一种水平放置的双稳态结构压电俘能器进行移动质量作用下的桥梁振动能量收集。对结构的势能、回复力和刚度进行分析,发现引入非线性特性能够有效降低结构在平衡位置附近处的势能、回复力和刚度,并使结构具有正负回复力和正负刚度,表现出很强的非线性特性。开展了不同移动速度下水平放置的线性结构和双稳态结构压电俘能器的实验研究。结果表明,在桥梁振动激励下具有双稳态特性的压电俘能器能够在两个势阱间迁越,产生较大的应变和输出电压,能够显著提升桥梁振动能量的转换效率。双稳态结构压电俘能器的频谱分布随移动速度的变化而不同,并分布在一个较宽的频带范围内,这非常有利于宽低频弱激励下的振动能量收集。因此,水平放置的双稳态结构压电俘能器的桥梁振动能量收集性能优于传统的水平放置的线性结构压电俘能器。（3）为了得到均匀对称的势能函数,构造了一种竖直放置的单稳态结构压电俘能器。通过实验对竖直放置的线性结构和单稳态结构压电俘能器的能量收集性能进行研究。结果表明,当钢球以不同的速度通过桥梁时,竖直放置的单稳态结构压电俘能器的应变响应和输出电压都显著大于竖直放置的线性结构压电俘能器的应变响应和输出电压。因此,竖直放置的单稳态结构压电俘能器具有更好的能量收集性能。（4）设计了一种竖直放置的双稳态结构压电俘能器对桥梁振动能量进行收集。当移动质量以合理的速度通过桥梁时,竖直放置的双稳态结构压电俘能器可以在两个势阱间发生跳跃运动,可以产生较大的应变。另外,竖直放置的双稳态结构压电俘能器能够产生密集的高电压。通过对竖直放置的线性结构和双稳态结构压电俘能器的应变频域图进行分析,可以发现,竖直放置的双稳态结构压电俘能器更利于对宽低频振动激励下的能量收集。（5）构造了一种竖直放置的三稳态结构压电俘能器,该结构能够有效消除重力对俘能器响应的影响,从而实现桥梁振动能量高效收集。给出了竖直放置的三稳态结构压电俘能器的势能计算函数,发现三稳态结构压电俘能器的两个最外部的势阱间距很大,在发生阱间运动时,能够产生很大的运动幅值。通过实验研究发现,竖直放置的三稳态结构压电俘能器在三个势阱间跳跃时,可以产生非常大的应变和电压,并能将高频能量转移到低频部分,从而提高能量收集效率。