CN102345333B - 变刚度变阻尼调谐质量阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种主要用于高层建筑或大跨桥梁、海洋平台等多频结构振动控制的变刚度变阻尼调谐质量阻尼器。本发明包括质量块，质量块的上方垂直方向连接竖向弹簧，在其水平横向和垂直竖向分别安装有磁流变阻尼器；悬臂弹簧水平纵向放置，一端与质量块连接，另一端连接行走机构。行走机构两端放置在刚性导轨上，由步进电机驱使行走机构纵向移动。悬臂弹簧的长度由步进电机的移动来实现，进而调节调谐质量阻尼器的调谐频率；通过调节磁流变阻尼器的电流改变调谐质量阻尼器的阻尼比，实现刚度与阻尼连续可调，实现竖向及横向振动控制。本发明工作原理清晰，在工程应用上易于实现半主动控制特性，减振效果好，具有响应快、精度高等优点。

Description

变刚度变阻尼调谐质量阻尼器
技术领域
 本发明属于振动控制技术领域，具体涉及一种主要用于高层建筑或大跨桥梁、海洋平台等多频结构振动控制的变刚度变阻尼调谐质量阻尼器。
背景技术
调谐质量阻尼器是最常用的控制装置，其机理是应用环境荷载对结构物以及放置在结构物上减振装置的双调谐原理，吸收部分振动能量，达到减振的效果。提高调谐质量阻尼器减振效果和减振效率的关键是确定最佳的调谐频率和阻尼比。常规调谐质量阻尼器振动控制时，由于其调谐频率、阻尼比固定不变，则在外部激励、结构主振模态及固有动力特性变化时容易失调，即使采用多重调谐质量阻尼器，大多数调谐质量阻尼器同样没有达到最佳减振条件，不能充分发挥调谐质量阻尼器的减振效率。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种减振效果好、减振效率高的变刚度变阻尼调谐质量阻尼器。
本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：该变刚度变阻尼调谐质量阻尼器，主要用于高层建筑或大跨桥梁、海洋平台等多频结构物的振动控制，它包括一个质量块，质量块的上方垂直方向设有用于平衡质量块重力的竖向弹簧，竖向弹簧上端固定，下端与质量块连接；质量块的下方垂直方向和水平横向分别设有一个磁流变阻尼器，磁流变阻尼器的一端固定，另一端与质量块连接；质量块的水平纵向设有一个悬臂弹簧，悬臂弹簧的一端与质量块连接，另一端与一个行走机构连接；所述行走机构与悬臂弹簧保持正交，其两端安装在与悬臂弹簧纵向伸缩方向平行的两侧刚性导轨上，行走机构的一侧末端连接有一个步进电机，并由其驱动行走机构沿纵向移动，实时调节悬臂弹簧的长度；所述磁流变阻尼器和步进电机与被控结构物的实时监测控制系统相连，通过控制步进电机实时改变悬臂弹簧的长度而改变调谐频率，通过调节磁流变阻尼器的电流实时改变阻尼比。
更具体地说，实际投入使用时，根据具体需要可以选用质量块的材料，如水箱，并根据减振结构不同选用合适的质量值来调节阻尼器的固有频率。
本发明利用步进电机改变悬臂弹簧的长度，改变调谐质量阻尼器的调谐频率；通过调节磁流变阻尼器的电流改变调谐质量阻尼器的阻尼比，实现刚度与阻尼连续可变并适用于竖向及横向振动控制，具有减振频带宽，自适应调节方便和快速的特点。
综上所述，本发明的变刚度变阻尼调谐质量阻尼器与现有调谐质量阻尼器相比，因加入了磁流变液阻尼器装置和步进电机，具有如下优点：
（1）本发明的变刚度变阻尼调谐质量阻尼器工作原理清晰，减振效果好，减振效率高。
（2）利用了磁流变阻尼器阻尼大小智能可调的特点，通过调节电流大小，来提供阻尼力的大小，方便地代替了传统的粘性阻尼器，在工程应用上易于实现半主动控制其特性，最终使结构减振达到最优效果。
（3）变刚度装置采用步进电机驱动行走结构改变悬臂弹簧长度来改变调谐频率，具有响应快、精度高的特点。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例实时监测控制系统的半主动控制流程框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。
参见图1，本实施例包括质量块6，质量块6的材料采用水箱，质量块6的上方垂直方向设有用于平衡质量块重力的竖向弹簧5，竖向弹簧5上端固定，下端与质量块6连接。若是将本发明的调谐质量阻尼器安装于大跨桥梁的箱形主梁中，质量块6上方悬挂的竖向弹簧5可直接锚于箱梁上顶板底面。由图可见，质量块6的下方垂直方向和水平横向分别设有一个磁流变阻尼器7，磁流变阻尼器7的一端固定，另一端与质量块6连接。在质量块6的水平纵向设有一个悬臂弹簧4，悬臂弹簧4的一端与质量块6连接，另一端与行走机构2连接。行走机构2与悬臂弹簧4保持正交，其两端安装在与悬臂弹簧4纵向伸缩方向平行的两侧刚性导轨1上，行走机构2的一侧末端连接有步进电机3，并由步进电机3驱动行走机构2沿纵向移动，实时调节悬臂弹簧4的长度。质量块6的振动，将引起磁流变阻尼器7相对运动，达到耗能减振的目的，有效抑制了竖向及横向振动。通过步进电机3运动实时调节悬臂弹簧4的长度，以及改变所述磁流变阻尼器7的电流，实现刚度与阻尼连续可变，方便快捷。
上述磁流变阻尼器7和步进电机3与被控结构物的实时监测控制系统相连，通过控制步进电机3实时改变悬臂弹簧4的长度而改变调谐频率，通过调节磁流变阻尼器7的电流实时改变阻尼比。
参见图2，是本实施例实时监测控制系统的半主动控制流程框图。其工作原理是：当结构物受到干扰运动时，带动本发明的调谐质量阻尼器一起振动，调谐质量阻尼器相对运动产生的惯性力反作用到结构物上。使结构物的振动能量最大限度地转移到调谐质量阻尼器上，并由磁流变阻尼器的阻尼作用加以耗散，从而减小结构物的振动反应。当外部激励、结构物的固有动力特性发生变化时，传感器实时监测的主结构振动和调谐质量阻尼器响应特征，然后进行频谱分析，根据半主动控制算法，计算出最优刚度参数和阻尼参数，依据控制编码器，通过步进电机实时改变悬臂弹簧的长度，从而改变调谐质量阻尼器的调谐频率；通过调节磁流变阻尼器的电流实时改变调谐质量阻尼器的阻尼比，提高了减振效率，保持了最佳减振效果。

Claims (2)

1.一种变刚度变阻尼调谐质量阻尼器，主要用于高层建筑或大跨桥梁、海洋平台等多频结构物的振动控制，其特征在于：它包括一个质量块，质量块的上方垂直方向设有用于平衡质量块重力的竖向弹簧，竖向弹簧上端固定，下端与质量块连接；质量块的下方垂直方向和水平横向分别设有一个磁流变阻尼器，磁流变阻尼器的一端固定，另一端与质量块连接；质量块的水平纵向设有一个悬臂弹簧，悬臂弹簧的一端与质量块连接，另一端与一个行走机构连接；所述行走机构与悬臂弹簧保持正交，其两端安装在与悬臂弹簧纵向伸缩方向平行的两侧刚性导轨上，行走机构的一侧末端连接有一个步进电机，并由其驱动行走机构沿纵向移动，实时调节悬臂弹簧的长度；所述磁流变阻尼器和步进电机与被控结构物的实时监测控制系统相连，通过控制步进电机实时改变悬臂弹簧的长度而改变调谐频率，通过调节磁流变阻尼器的电流实时改变阻尼比。
2.根据权利要求1所述的变刚度变阻尼调谐质量阻尼器，其特征在于：所述质量块采用水箱。
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