CN101250909B - 压电摩擦智能阻尼器 - Google Patents

Abstract

压电摩擦智能阻尼器是一种用于土木、机械或航空结构振动控制的能提供可变阻尼力的智能阻尼器。该装置在压电摩擦智能阻尼器工作缸(1)的两端分别连接有左限位挡板(7)和右限位挡板(8)，在压电摩擦智能阻尼器的工作缸(1)内设有两片弦状活塞(3)，其与工作缸内壁所接触的表面粘有高摩擦阻尼材料(6)，两片弦状活塞(3)之间沿高度设置若干道连接，每道连接包括两个施加预压力的预压弹簧(2)和由两根绝缘材料制成的连接杆件(5)连接的压电棒(4)；压电摩擦智能阻尼器通过连接杆件(11)和外部结构相连，连接杆件(11)与连接钢板(10)相接，该阻尼器既具有很高的耗能能力，又能提供可变阻尼力。

Description

压电摩擦智能阻尼器

技术领域

本发明是一种用于土木工程结构减振(震)的阻尼器，尤其是一种的能提供可变阻尼力的智能阻尼器。

背景技术

随着国家的发展、生活的提高，高层建筑、高耸结构、大跨结构等重要性结构与日俱增。在动力荷载(如强风和地震)作用下，这些结构会发生比较大的振动，影响到结构的正常使用及安全，如何减小结构的风振或地震反应是一个前沿且重要的课题。结构振动控制是一种新型的抗振(震)措施，它是通过在结构中设置减振(震)或隔震装置来消耗或隔离振动能量，或者施加外部的能量以抵消外部激励对结构的作用。目前针对振动控制装置的研发多集中于被动减振(震)装置，这些装置虽具有构造相对简单，无需人工的干预的优点，却也存在自适应性差的缺点。智能减振(震)装置克服了被动减振(震)装置自适应性差的缺点，又具有不需要较大的动力源的优点，成为振动控制装置研究与发展的新方向。

在目前的研究中，磁流变材料，电流变材料和压电材料是用来制作智能减振(震)装置的常用材料。压电材料是一种性能优良的智能材料，对其施加电压能够引起其机械变形，从而能改变其几何尺寸。在压电摩擦智能阻尼器中，根据外部激励大小，对压电棒施加可变电压使其长度发生变化，从而调整弦状活塞与工作缸内表面的正压力，以改变活塞与工作缸内壁间的摩擦阻尼力。压电摩擦智能阻尼器是应用压电材料在通电情况下发生变形(逆压电效应)而制造的一种新型振动控制装置。具有结构简单、反应迅速、阻尼力大、造价低廉等优点。根据结构的实际变形和外部激励，按照特定的控制规律，控制外加电压以改变压电摩擦智能阻尼器的阻尼力大小，从而在瞬间改变结构系统的特性参数以使结构达到最好的控制效果。

发明内容

技术问题：本发明的目的是开发一种具有智能减振(震)效果、构造简单、价格低廉、安装拆卸方便、适用范围广且具有良好耐用性的压电摩擦智能阻尼器。

技术方案：本发明的压电摩擦智能阻尼器，由工作缸、弦状活塞、压电棒、预压弹簧、连接杆件、右限位挡板，左限位挡板、连杆、连接钢板、孔洞、导线组成。该装置在压电摩擦智能阻尼器工作缸的两端分别连接有压电摩擦阻尼器的左限位挡板和右限位挡板，左限位挡板焊接在工作缸上，右限位挡板和工作缸之间由螺栓连接，方便日后检修；压电摩擦智能阻尼器主要通过两片弦状活塞与工作缸的内表面相互摩擦来耗能，为了提供足够的摩擦系数，弦状活塞和工作缸接触的表面粘有高摩擦阻尼材料(比如陶瓷摩擦片)；两片弦状活塞之间连有预压弹簧和压电棒，预压弹簧保证阻尼器有足够的初始摩擦阻尼力，而压电棒在通有电压的情况下可以根据外部激励适时调整阻尼器的摩擦阻尼力；阻尼器通过焊接在左限位挡板与连接钢板上的连接杆件与外部结构相连；连接钢板与弦状活塞通过穿过右限位挡板的连杆相连；右限位挡板与连接钢板在连杆穿过的相应位置处开有沿径向的槽道，连杆能在槽道中滑动；连杆在穿过连接钢板的两侧焊有钢板，以保证连杆与弦状活塞沿轴向方向的相对位置得以固定；压电棒通过导线与外部的电源相连，导线通过预留在连接杆件、弦状活塞与连杆中的孔洞中引出。

将压电摩擦智能阻尼器加设于结构柱间支撑、梁柱节点、桁架下弦杆等可变形部位，在地震或强风作用下，结构产生相对变形时，安装在结构中阻尼器跟随产生相对变形，预压弹簧确保弦状活塞和工作缸内表面之间有足够的初始摩擦阻尼力。当外部激励较大时，可以施加给压电棒较高电压，压电材料会发生伸长，从而增大弦状活塞和工作缸内表面的正压力和摩擦阻尼力，更好地减小结构的振动反应，确保主体结构不产生破坏。显然该阻尼器可以根据外部激励的大小实时调整压电棒两端的电压和阻尼力，达到智能减振(震)的效果，其具有对不同结构和外部激励的自适应性。

有益效果：本发明的压电摩擦智能阻尼器具有以下优点：(一)在压电摩擦智能阻尼器正常工作的情况下，由于压电材料相变速度快的特点，阻尼器通过施加可变电压能够根据外界激励适时地快速地改变阻尼力的大小，提高减振的自适应性和智能性；(二)大震时当电源或线路发生故障时，施加预压力的弹簧依然能够提供活塞与缸体之间初始摩擦力，阻尼器仍能向结构提供最小的阻尼力；(三)不受环境温度的影响；(四)在振动的过程中具有限位功能；(五)阻尼器构造较为简单，制作方便，价格低廉。它可广泛地用于高层建筑、桥梁结构和塔桅结构等土木工程结构的抗风和抗震工程中，也可以拓展应用到机械、航空结构的智能减振中。

附图说明

图1和图2分别为本发明的横向剖面和纵向剖面结构示意图。

图中有：工作缸1、预压力弹簧2、弦状活塞3、压电棒4、第一连接杆件5、高摩擦阻尼材料6、后限位挡板7、前限位挡板8、连杆9、连接钢板10、第二连接杆件11、钢板12、孔洞13、导线14。

具体实施方式

本发明的压电摩擦智能阻尼器，由工作缸、弦状活塞、压电棒、预压弹簧、连接杆件、右限位挡板，左限位挡板、连杆、连接钢板、孔洞、导线组成。该装置在压电摩擦智能阻尼器工作缸的两端分别连接有压电摩擦阻尼器的左限位挡板和右限位挡板，左限位挡板焊接在工作缸上，右限位挡板和工作缸之间由螺栓连接，方便日后检修；压电摩擦智能阻尼器主要通过两片弦状活塞与工作缸的内表面相互摩擦来耗能，为了提供足够的摩擦系数，弦状活塞和工作缸接触的表面粘有高摩擦阻尼材料(比如陶瓷摩擦片)；两片弦状活塞之间连有预压弹簧和压电棒，预压弹簧保证阻尼器有足够的初始摩擦阻尼力，而压电棒在通有电压的情况下可以根据外部激励适时调整阻尼器的摩擦阻尼力；阻尼器通过焊接在左限位挡板与连接钢板上的连接杆件与外部结构相连；连接钢板与弦状活塞通过穿过右限位挡板的连杆相连；右限位挡板与连接钢板在连杆穿过的相应位置处开有沿径向的槽道，连杆能在槽道中滑动；连杆在穿过连接钢板的两侧焊有钢板，以保证连杆与弦状活塞沿轴向方向的相对位置得以固定；压电棒通过导线与外部的电源相连，导线通过预留在连接杆件、弦状活塞与连杆中的孔洞中引出。

该压电摩擦智能阻尼器主要分为被动耗能部分和主动调节部分。被动耗能部分主要由预压弹簧、弦状活塞与工作缸组成；预压弹簧可在安装完弦状活塞后安装上去，其预压力大小可以根据实际所需阻尼力大小进行调节；弦状活塞与工作缸内壁接触的表面粘接的摩擦阻尼材料采用摩擦系数高，耐持久的陶瓷摩擦片；主动耗能部分主要是压电棒与供电系统组成，压电棒通过连接杆件与弦状活塞相连；压电棒的截面积可根据实际所需最大阻尼力进行设置；为了方便压电棒与电源的连接并保证导线部分的耐久性，在连接杆件、弦状活塞和连杆中预设有导线引出孔洞。

Claims (2)

1.一种压电摩擦智能阻尼器，其特征在于该装置在压电摩擦智能阻尼器工作缸(1)的两端分别连接有左限位挡板(7)和右限位挡板(8)，在压电摩擦智能阻尼器的工作缸(1)内设有两片弦状活塞(3)，其与工作缸内壁所接触的表面粘有高摩擦阻尼材料(6)，两片弦状活塞(3)之间沿高度设置若干道连接，每道连接包括两个施加预压力的预压弹簧(2)和由两根绝缘材料制成的第一连接杆件(5)连接的压电棒(4)；压电摩擦智能阻尼器通过第二连接杆件(11)和外部结构相连，第二连接杆件(11)与连接钢板(10)相接；工作缸(1)内的弦状活塞(3)通过两根穿过右限位挡板(8)的连杆(9)与连接钢板(10)相连；右限位挡板(8)和连接钢板(10)被连杆(9)穿过的相应位置处开有沿径向的槽道，连杆(9)可以在槽道中滑动；连杆(9)上在紧贴连接钢板(10)的两侧焊有钢板(12)；压电摩擦智能阻尼器内的压电棒(4)由穿过预留在第一连接杆件(5)、弦状活塞(3)和连杆(9)中孔洞(13)的导线(14)与外部供电系统相连。

2.根据权利要求1所述的压电摩擦智能阻尼器，其特征在于压电棒(4)两端电压可调整，从而改变阻尼器所提供的摩擦阻尼力的大小。

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