CN103291796A

CN103291796A - 颗粒阻尼吸振器

Info

Publication number: CN103291796A
Application number: CN2013102202925A
Authority: CN
Inventors: 陈前; 姚冰; 高雪; 项红荧
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-05
Also published as: CN103291796B

Abstract

本发明提供一种颗粒阻尼吸振器，其包括弹簧片、装有阻尼颗粒的颗粒阻尼容器以及两者之间的连接装置，此外，在上述颗粒阻尼吸振器上还可增加扰动器，该颗粒阻尼吸振器对于结构或机械系统的微振动（振动加速度幅值

，

）及强烈振动（）均能够提供有效的振动控制，克服了阻尼颗粒在微振动环境下无法工作的缺陷，附加扰动器的颗粒阻尼吸振器也适用于太空失重环境的振动控制，本发明涉及的颗粒阻尼吸振器结构简单，可安装于主结构内部节省空间或简单悬挂于主结构上。

Description

颗粒阻尼吸振器

技术领域

本发明涉及一种振动被动控制装置，尤其涉及一种颗粒阻尼吸振器，属于阻尼减振技术领域。

背景技术

非阻塞性颗粒阻尼作为一种有效的阻尼技术，从上世纪90年代由Panossian首次提出至今得到了广泛的研究。颗粒阻尼技术具有对原结构的改动很小，可显著提高结构的阻尼，适用于恶劣环境，减振频带宽，减振性能不会随时间而降低等优点。对于颗粒阻尼的应用，人们往往是在原有结构上加工一定数量的孔洞或是直接利用原结构本身具有的空腔结构，将阻尼颗粒填充其中形成阻尼器；同时也可针对具体结构设计独立的颗粒阻尼器，如中国专利ZL 201010018341.3号中所揭示的阻尼器。以上这些应用方式都取得了很好的振动控制效果，但由于颗粒自身的耗能特点（通过颗粒与颗粒以及颗粒与容器内壁之间摩擦和碰撞耗能），当颗粒阻尼器处于较强烈振动（振动加速度幅值

Figure 2013102202925100002DEST_PATH_IMAGE001

）时，其中的阻尼颗粒产生相对运动和摩擦（类似流体，称为液态），从而产生较大的阻尼效应。而当处于微振动状态时（振动加速度幅值

），阻尼颗粒相对于容器静止，其作用相当于一块附加质量（称为固体状态或固态），此时颗粒阻尼器基本不提供阻尼效应，这一特点在很大程度上限制了颗粒阻尼技术在微小振动控制中的应用。

此外，颗粒阻尼自身的特点使其非常适合用于航天结构的振动控制，但在无重力的太空环境中，阻尼颗粒会松散的悬浮于颗粒容器的中央而无法发挥阻尼效果，这一特点同样限制了颗粒阻尼技术在航天结构中的应用。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明提供一种颗粒阻尼吸振器，其为基于动力吸振器和颗粒阻尼技术的新型的振动被动控制装置，能够弥补颗粒阻尼技术在微振动和太空零重力环境中的不足，可使主结构在地面微振动、强烈振动以及太空失重状态下的振动水平都能得到有效抑制。

本发明采用如下技术方案：一种颗粒阻尼吸振器，其包括阻尼颗粒、装有所述阻尼颗粒的颗粒阻尼容器及连接设置于所述颗粒阻尼容器上方的弹簧片，所述颗粒阻尼容器包括壳体及固定于所述壳体上的顶盖，所述颗粒阻尼吸振器还包括有将所述弹簧片与所述颗粒阻尼容器连接于一起的第一螺杆和第一螺母。

所述弹簧片中间开孔，所述颗粒阻尼吸振器还包括有穿设于所述开孔中的第二螺杆。

所述颗粒阻尼吸振器还包括有扰动器，所述扰动器包括扰动杆及扰动丝，所述扰动丝焊接于所述扰动杆表面，或插入所述扰动杆内部。

所述第二螺杆的末端延伸至所述颗粒阻尼容器内部，且所述第二螺杆延伸的部分作为所述扰动器的扰动杆。

所述弹簧片为矩形、十字形或圆形结构形式的金属薄片。

所述阻尼颗粒容器为圆柱体形、立方体形结构。

所述扰动丝为细钢丝，所述扰动丝的截面直径小，横向刚度大。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明颗粒阻尼吸振器弥补了颗粒阻尼器在微振动环境和太空零重力环境中无阻尼效果的缺陷，拓宽了颗粒阻尼技术的应用范围；

（2）本发明颗粒阻尼吸振器结构形式简单，可安装于主结构空腔内部节省空间，或简单悬挂于主结构上。

附图说明

图1为本发明颗粒阻尼吸振器的结构示意图。

图2为本发明颗粒阻尼吸振器附加扰动器的结构示意图。

图3为本发明颗粒阻尼吸振器附加扰动器的另一结构示意图。

图4为本发明颗粒阻尼吸振器中弹簧片的结构示意图。

图5为本发明颗粒阻尼吸振器中顶盖的结构示意图。

其中：

1-弹簧片；2-顶盖；3-壳体；4-第二螺杆；5-第二螺母；6-阻尼颗粒；7-扰动杆；8-扰动丝；9-主结构；10-第一螺杆；11-第一螺母；1-A-矩形弹簧薄片；1-B-十字形弹簧薄片；1-C-圆形镂空弹簧薄片；2-A-圆形顶盖；2-B-方形顶盖。

具体实施方式

请参照图1至图3并结合图4至图5所示，本发明颗粒阻尼吸振器包括壳体3、按一定比率填充于壳体3中的阻尼颗粒6，顶盖2用螺钉紧固于壳体3上，顶盖2及壳体3构成了颗粒阻尼吸振器的颗粒阻尼容器。第一螺杆10和第一螺母11将弹簧片1与颗粒阻尼容器连接起来；所述弹簧片1中间开孔，穿设于开孔中的第二螺杆4将弹簧片1与主结构9固定，并用第二螺母5固定，进而使颗粒阻尼吸振器悬挂于主结构9空腔内部或主结构9外部，这里的主结构9是指要求减振的目标系统，如机械设备、航天结构等。

上述阻尼颗粒6可以是金属颗粒、陶瓷颗粒、粘弹性材料颗粒或其它非金属颗粒，上述弹簧片1，根据具体要求可以是矩形、十字形或圆形等不同结构形式的金属薄片，薄片为达到具体设计要求可为镂空结构；颗粒阻尼容器外形可为立方体形、圆柱体形等空腔结构。

阻尼颗粒是通过阻尼颗粒之间以及阻尼颗粒与颗粒阻尼容器内壁之间的碰撞和摩擦来消耗系统振动能量，从而达到减振目的。因此阻尼颗粒发挥作用的一个至关重要的前提就是阻尼颗粒要能够产生相对于容器的运动。但由于受到地心引力的作用，在振动加速度幅值不足1g的微振动环境中，阻尼颗粒不能摆脱容器而独立运动，其阻尼效果无法发挥。本发明结合动力吸振原理突破原有颗粒阻尼技术的应用方式，在颗粒阻尼容器与主结构之间建立一种弹性连接。当主结构处于微振动环境时，即使阻尼颗粒不能发挥效果，但颗粒阻尼容器与弹簧片组成的质量-弹簧系统以动力吸振器的方式仍能对主结构的某个共振峰进行有效的抑制；另外，弹簧片的选择使得主结构的共振频率与颗粒阻尼吸振器的固有频率一致，振动能量的转移使得颗粒阻尼吸振器的振动水平得到放大，因此即使主结构的振动加速度幅值不足1g，本发明的颗粒阻尼吸振器的加速度仍然可能达到使阻尼颗粒进入液态或气态的工作条件，因而可在主结构微振动时也能发挥颗粒阻尼效果。此外，由于颗粒阻尼吸振器的振动水平远远高于主结构，因此在主结构振动水平较高时，弹性支承的颗粒阻尼吸振器的振动会比传统颗粒阻尼器会更加剧烈，耗能效果自然也会更好。

总的来说，当颗粒阻尼吸振器的各部件参数选择合适，主结构的振动能量可以传递给弹性支承的颗粒阻尼容器，使颗粒阻尼容器产生剧烈振动而表现为动力吸振器行为，从而降低主结构的振动；同时，颗粒阻尼容器获得能量后驱动容器中的阻尼颗粒，使得阻尼颗粒产生强烈流动摩擦或飞舞碰撞，不断消耗主结构的能量。动力吸振器的功能与颗粒阻尼容器的功能相互耦合，共同作用，使得振动抑制效果更加明显。

作为本发明颗粒阻尼吸振器的进一步改进，本发明还提出了一种附加扰动器的颗粒阻尼吸振器，其中扰动丝8焊接于扰动杆7表面，或插入扰动杆7内部组成扰动器，扰动器一端与主结构固定，扰动器另一端的扰动丝掩埋于阻尼颗粒中。扰动器的安装有两种方式：

（1）在顶盖2中心位置开孔，孔径率大于绕动杆7直径，以阻尼颗粒不会从开孔与扰动杆7的间隙流出为准。增加第二螺杆4的长度，使其穿过开孔进入颗粒阻尼容器内部，伸长的部分作为绕动杆7，含有扰动丝8的一端埋入阻尼颗粒层中（适用于地面微振动）或置于颗粒阻尼容器中央位置（适用于太空失重环境）；

（2）将壳体3底部开孔，孔径略大于扰动杆7直径,以阻尼颗粒不会从开孔与扰动杆7的间隙流出为准。将扰动器从颗粒阻尼容器内部穿出，并固定于主结构9上，含有扰动丝8的一端置于颗粒阻尼容器空腔内部，掩埋于阻尼颗粒6中（适用于地面微振动）或置于颗粒阻尼容器中央位置（适用于太空失重环境）。

该种附加扰动器的颗粒阻尼吸振器在前述颗粒阻尼吸振器的基础上增加了阻尼颗粒扰动装置，其具备颗粒阻尼吸振器的全部特点，此外增加的扰动器强化和拓展了前述颗粒阻尼吸振器的应用范围。由于颗粒阻尼容器与主结构之间存在相对运动，固定于主结构上的扰动器与颗粒阻尼容器之间也存在相对运动，当系统处于地面微振动时扰动器可以破坏阻尼颗粒的静止状态，使其发挥阻尼作用；当颗粒阻尼处于液态或气态时则可以加剧颗粒的运动，强化其阻尼效果；当主结构处于太空失重环境中时，由于不受重力的作用，阻尼颗粒随着主结构的振动慢慢聚集并形成一个松散的颗粒团悬浮于空腔结构中央。由于受到振动强度的限制，主结构的振动能量无法通过接触传递给阻尼颗粒，致使颗粒阻尼不能发挥其阻尼减振作用。此时，扰动器的存在不但可以打破阻尼颗粒的振动聚集状态，还可将主结构的能量注入给颗粒层，使其进如耗能减振状态。

本发明针对主结构的特定阶振动，结合动力吸振器的设计原则并依据主结构的特点，设计弹簧片和颗粒阻尼容器的具体结构参数，并选用合适的阻尼颗粒；扰动丝应选择截面直径小横向刚度大的金属细丝，要求所选用的扰动丝既不会阻碍颗粒阻尼容器与扰动器之间的相对运动，又不会因为受到阻尼颗粒的挤压碰撞而弯曲变形。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种颗粒阻尼吸振器，其包括阻尼颗粒、装有所述阻尼颗粒的颗粒阻尼容器及连接设置于所述颗粒阻尼容器上方的弹簧片，其特征在于：所述颗粒阻尼容器包括壳体及固定于所述壳体上的顶盖，所述颗粒阻尼吸振器还包括有将所述弹簧片与所述颗粒阻尼容器连接于一起的第一螺杆和第一螺母。

2.如权利要求1所述的颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述弹簧片中间开孔，所述颗粒阻尼吸振器还包括有穿设于所述开孔中的第二螺杆。

3.如权利要求2所述的颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述颗粒阻尼吸振器还包括有扰动器，所述扰动器包括扰动杆及扰动丝，所述扰动丝焊接于所述扰动杆表面，或插入所述扰动杆内部。

4.如权利要求3所述的颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述第二螺杆的末端延伸至所述颗粒阻尼容器内部，且所述第二螺杆延伸的部分作为所述扰动器的扰动杆。

5.如权利要求1-4中任意一项所述的颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述弹簧片为矩形、十字形或圆形结构形式的金属薄片。

6.如权利要求1-4中任意一项所述的颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述阻尼颗粒容器为圆柱体形、立方体形结构。

7.如权利要求1-4中任意一项所述的颗粒阻尼吸振器，其特征在于：所述扰动丝为细钢丝，所述扰动丝的截面直径小，横向刚度大。