CN106567583A - 一种利用多重机制耗能的颗粒阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用多重机制耗能的颗粒阻尼器，包括阻尼器腔体单元、内有粘滞液体的颗粒球和缓冲材料。阻尼器腔体单元为一个或多个长方体盒子，盒子内部填充大量等质量圆形颗粒，每个圆形颗粒外部为一层金属坚硬外壳，内部又包含了一个直径更小的圆形金属球，外壳与内部金属球之间填满粘滞性液体，腔体内壁粘贴有缓冲材料。在风或/和地震等作用下，通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能；同时，每一个颗粒又单独作为一个系统，小金属球在粘滞液体中运动、旋转，与金属外壳碰撞，耗散一部分动能，丰富了耗能机制，增加了阻尼器的耗能效率并且减小了颗粒之间、颗粒与容器壁碰撞时产生的冲击力和噪音。

Description

一种利用多重机制耗能的颗粒阻尼器
技术领域
本发明涉及一种利用多重机制耗能的颗粒阻尼器，在一个或多个阻尼器腔体单元内部填充若干质量颗粒，通过颗粒与腔体、颗粒之间的非弹性碰撞、摩擦和颗粒体内部小金属球在粘滞液体中的运动碰撞耗散结构动能，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制领域。
背景技术
当今土木工程领域中，利用阻尼器消能减震作用被动控制结构的风振、地震效应的技术由于其概念简单、机理明确、造价较低、减震效果显著而得到了广泛应用。其中颗粒阻尼器是一种附加质量式被动阻尼器，利用颗粒之间以及颗粒与容器壁之间的非弹性碰撞和摩擦来消耗系统振动能量。该技术具有概念简单、减振频带宽、温度不敏感、耐久性好、易于用在恶劣环境的有点。但是传统颗粒阻尼器中质量体直接碰撞时会产生较大的冲击力和噪声，影响结构使用。同时，质量体堆叠在一起，其运动被限制，仅仅依靠碰撞耗能效果不佳。因此，结合调谐液体阻尼器的原理对现有传统颗粒阻尼器进行改进。将传统的颗粒体改为外壳内包质量体，其间填充粘滞性液体的形式，增加了核心质量体的运动能力，并且通过内部金属球在粘滞液体中运动产生附加阻尼，将较为单一的耗能机制转化为了多重耗能机制，有效提高了阻尼器的耗能能力，并且减小了碰撞冲击力和噪声，对于实际工程减震具有重大意义。
发明内容
为解决传统颗粒阻尼器由于耗能形式单一产生的耗能能力有限的问题，同时降低颗粒碰撞时产生的较大冲击力和噪声问题，本发明的目的在于提出一种利用多重耗能机制的颗粒阻尼器，在发挥传统颗粒阻尼器优势的基础上加以改进，即将传统的实心颗粒体改为外壳内包质量体，其间填充粘滞性液体的形式。本阻尼器构造较为简单、耗能能力较传统颗粒阻尼器有所提高，通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能；同时，每一个颗粒又单独作为一个系统，小金属球在粘滞液体中运动、旋转，与金属外壳碰撞，耗散一部分动能，丰富了耗能机制，提高了耗能减震能力。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
本发明提出的一种利用多重机制耗能的颗粒阻尼器，包括阻尼器腔体单元1、颗粒群2和缓冲材料3，其中：阻尼器腔体单元1为长方体盒子，其内壁覆盖有缓冲材料3，阻尼器腔体单元1内填充颗粒群2；颗粒群2由质量相同的球形颗粒组成，每个球形颗粒由颗粒外壳４、粘滞液体５和金属球６组成，颗粒外壳4包围于金属球6外，颗粒外壳４与金属球之间填满粘滞液体5，所述颗粒外壳４和金属球６均为球体结构；阻尼器腔体单元1为一个或若干个，视具体情况而定，相邻的阻尼器腔体单元1相连；阻尼器腔体单元1放置或悬吊在结构顶部或各楼层处；在风或/和地震等作用下，通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能；同时，每一个颗粒又单独作为一个系统，小金属球在粘滞液体中运动、旋转，与金属外壳碰撞，耗散一部分动能，增加了阻尼器的耗能效率并且减小了颗粒之间、颗粒与容器壁碰撞时产生的冲击力和噪音。
本发明中，所述颗粒外壳４为钢质金属壳，金属球６为钢球，粘滞液体为油、胶水或硅胶中任一种；颗粒外壳４直径为60mm，壁厚为3-5mm，金属球直径为30-40mm。
本发明中，颗粒群2的体积为阻尼器腔体单元1体积的5%-20%。
本发明中，缓冲材料３采用橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种或多种。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1）与传统的简单将颗粒体堆叠在一起的颗粒阻尼器相比，采用外壳内包质量体的颗粒形式，增大了核心质量体的运动能力，在外激励下不仅颗粒体之间产生碰撞耗散动能，颗粒体内部核心质量体也与外壳不断碰撞，提高了整个体系的耗能效率。
2）本发明中颗粒体外壳与内核之间填充粘滞性液体，结合了调谐液体阻尼器的耗能机理，在碰撞耗能的同时也通过粘滞液体产生额外的阻尼，丰富了体系的耗能机理。同时避免了质量体之间的直接碰撞，有效降低了碰撞时产生的冲击力和噪声。
附图说明
图1为本发明利用多重机制耗能的颗粒阻尼器剖面图；
图2为本发明利用多重机制耗能的颗粒阻尼器的颗粒剖面图；
图中标号：1为阻尼器腔体单元，2为颗粒群，3为缓冲材料，4为颗粒外壳，5为粘滞液体，6为金属球。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1所示，为本发明的一种链式颗粒碰撞阻尼器实施例，其主要包括阻尼器腔体单元1和颗粒群2。
阻尼器腔体单元1是由5mm-10mm厚的钢板焊接而成的长方体空腔，通过一定的方式与结构固定。组成颗粒群2的每个颗粒由颗粒外壳４、粘滞液体５、金属球６组成。所述球形颗粒外壳４为钢质金属壳，内部球形金属球６为钢球，填充壳体内部的粘滞液体５为油、胶水或硅胶中任一种；球形颗粒直径为60mm，颗粒外壳４壁厚为3-5mm，内部金属球６直径30-40mm；颗粒群2的体积为阻尼器腔体单元1体积的5%-20%。
阻尼器腔体单元1内壁和底部上贴上缓冲材料3（比如5mm厚的橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种）。

Claims (4)

1.一种利用多重机制耗能的颗粒阻尼器，包括阻尼器腔体单元（1）、颗粒群（2）和缓冲材料（3），其特征在于：阻尼器腔体单元（1）为长方体盒子，其内壁覆盖有缓冲材料（3），阻尼器腔体单元（1）内填充颗粒群（2）；颗粒群（2）由质量相同的球形颗粒组成，每个球形颗粒由颗粒外壳（４）、粘滞液体（５）和金属球（６）组成，颗粒外壳（4）包围于金属球（6）外，颗粒外壳（４）与金属球之间填满粘滞液体（5），所述颗粒外壳（４）和金属球（６）均为球体结构；阻尼器腔体单元（1）为一个或若干个，视具体情况而定，相邻的阻尼器腔体单元（1）相连；阻尼器腔体单元（1）放置或悬吊在结构顶部或各楼层处；在风或/和地震等作用下，通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能；同时，每一个颗粒又单独作为一个系统，小金属球在粘滞液体中运动、旋转，与金属外壳碰撞，耗散一部分动能，增加了阻尼器的耗能效率并且减小了颗粒之间、颗粒与容器壁碰撞时产生的冲击力和噪音。
2.根据权利要求1所述的利用多重机制耗能的颗粒阻尼器，其特征在于：所述颗粒外壳（４）为钢质金属壳，金属球（６）为钢球，粘滞液体为油、胶水或硅胶中任一种；颗粒外壳（４）直径为60mm，壁厚为3-5mm，金属球直径为30-40mm。
3.根据权利要求1所述的利用多重机制耗能的颗粒阻尼器，其特征在于：颗粒群（2）的体积为阻尼器腔体单元（1）体积的5%-20%。
4.根据权利要求1所述的利用多重机制耗能的颗粒阻尼器，其特征在于：缓冲材料（３）采用橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种或多种。
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