轨道交通作为目前全球主要的一种公共交通模式，具有大运量、低污染、安全、可靠等优点，随着货运、客运需求的增加，近几十年来我国的轨道交通行业得到了迅猛发展。一方面，车辆和轨道在运行中会产生不同程度的振动，而这些振动的能量大多被轨道系统以热的形式无价值的被消耗掉；另一方面，铁路沿线布置的大量无线传感器等设备，由于采用电池供能等原因，维护成本高、使用寿命低。因此，如何能利用轨道振动产生的能量，为偏远地区的轨道附属设备供能，已经成为一个重要的课题。
　　本文提出了一种利用压电材料优秀的力电耦合特质，采用Cymbal式压电堆叠振子(本文简称“振子”)采集轨道垂向振动能量的方法，旨在通过回收轨道振动引起的振动能量，为轨道辅助设备提供电力。本文较为详细的描述了车辆—轨道—振子多体动力学模型，并结合压电材料的力电耦合特性，通过了解压电堆叠振子的动力学响应，对系统回收的能量进行数值仿真计算。并在数值计算及其结果的基础上，进行了关于负载大小、车速、车辆载重以及压电晶体结构参数等对系统振动能量回收的影响。本文具体的工作内容如下：
　　第1章对国内外针对车辆—轨道振动、压电材料能量回收等相关理论研究进行查阅及梳理，充分了解并掌握轨道“车辆—轨道”垂向振动及压电材料能量回收相关知识。阐明了本文研究的背景及意义，并确定了本文的主要研究内容，为后续研究“车辆—轨道—振子”多体运动及其数值仿真计算奠定了理论基础。
　　第2章详细描述了“车辆—轨道”垂向耦合运动的基本理论知识；建立了“车辆—轨道”垂向耦合物理模型及其动力学方程；详细描述了多体动力学系统的激励模型，即轨道不平顺，并基于频域功率谱对轨道不平顺进行时域的数据推导；并通过R语言，编程得到多体动力学模型的广义刚度、广义阻尼和广义质量矩阵；基于Newmark-β的预测—校正法对多体动力学系统进行数值仿真求解。
　　第3章描述了压电材料的能量回收原理、压电效应以及压电方程；结合轨道结构及振动特点，基于Cymbal式压电振子设计了应用于轨道振动的压电堆叠振子；并在此基础上，利用Simulink软件对该压电堆叠振子的振动能量回收进行了数值模拟。
　　第4章确定了压电堆叠振子在轨道系统中的安装位置；建立了“车辆—轨道—振子”的垂向多体动力学模型，并修正了动力学方程；描述和优化了多体系统的数值求解方法。
　　第5章对单振子在“车辆—轨道—振子”的垂向多体动力学模型及其能量回收进行了数值仿真计算；深入分析系统在不同负载、车速、车辆载重以及压电材料的结构参数下的电学输出响应；并讨论了多振子协同工作下的能量回收状态。
　　第6章全文工作及内容进行总结，并指出了下一步研究的方向。