近年来,中国在轨道交通事业上实现跨越式发展。在铁路建设朝向高密度、高速、重载的发展过程中,保障列车安全运营已成为当前一项紧迫任务。在铁路沿线布置大量无线传感器是一个行之有效的办法,然而由于化学电池使用寿命短的缺点,使无线传感器的应用受到了一定制约。供能问题影响着新一代无线传感技术及智能交通系统的发展,因此从周围环境中俘获能量为无线传感器供能已成为一个重要课题。其中,压电材料具有优异的力电耦合性质,利用压电材料制作的俘能器可高效地收集环境中广泛存在的机械能量。本文采用压电叠堆型俘能器对轨道变形能进行俘获,建立理论分析模型与数值分析模型,详细对其俘能特性进行研究,为解决铁路沿线无线传感器及其它电子设备供能的问题提供新思路。围绕该主题,本文主要内容如下:第一章给出了课题研究背景和意义,并对国内外研究现状进行了综述;第二章介绍了轨道变形能俘获的基本理论与求解方法;第三章在车辆—轨道耦合模型的基础上,考虑压电叠堆俘能器刚度对轨道结构的影响,建立了车辆—轨道—俘能器耦合模型,通过新型预测-校正数值积分方法求出轨道结构的动力响应,并应用压电理论获得压电叠堆俘能器的电学输出,将所得结果与有限元软件ANSYS仿真结果进行对比,保证理论和计算的正确性,结果表明单个俘能器在车辆移动作用下可俘获焦耳量级能量,同时讨论了车辆状况、轨道结构对俘能及传感特性的影响,发现最优电阻是提高俘获能量的关键参数,并研究了压电层几何参数对俘能的影响,利用此规律可合理设计并优化压电叠堆俘能器;第四章考虑实际情况,研究了多个压电俘能器协同工作时的俘能特性,基于压电理论与Kirchhoff电流定律推导了串联连接与并联连接的电路控制方程,并利用有限元软件ANSYS中压电分析模块进行验证,最后通过数值计算讨论了连接方式、俘能器个数、安装距离对俘能特性的影响,结果表明俘能器共同工作可提高俘获能量,但受串并联电路效率的影响,收集能量不随俘能器个数增加而线性增加,此外并联电路适用于等效负载较小的情况而串联电路反之;第五章总结了全文主要结论,并对后续研究进行了思考和展望。通过本文的研究,为压电叠堆俘能器设计及其在轨道交通中的应用提供了一定参考。