CN107864662B - 多功能滞后流变装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及到一种多功能滞后流变装置。本发明涉及一种能够提供由非线性滞后回线表征的回复力的机械装置，其形状可以根据应用所要求的规格进行调节。例如，通过由钢和形状记忆材料线组成的线绳产生施加在光滑条上的刚性滑块上的力。根据本发明，所述装置可用于多种不同应用，包括：(1)振动阻尼器、(2)滞后隔离器、(3)能量吸收器、(4)减震器和(5)要求具有滞后型力‑位移特性的特定流变主体的应用。

Description

多功能滞后流变装置
技术领域
本发明涉及到一种多功能滞后流变装置。
更准确地，本发明涉及一种能够提供由非线性滞后回线表征的回复力的机械系统，其外形可以根据应用所具体要求进行调节。这些力由例如钢和形状记忆材料线所组成的线绳承载。该系统由闭合的框架表示，在该闭合框架内容纳有多组线绳，线绳在一侧连接到两个平行的立柱上，在另一侧连接到一对刚性金属元件上，该对刚性金属元件承受相等的位移，以使两个光滑条穿过它们，并在其上它们可以大体上无摩擦滑动。这些光滑条在中心线中固定到相对于其他的更中心的金属元件上，从而其可以无摩擦地在两个附加的光滑条上滑动，附加的光滑条垂直于前者且其作为导轴。后者的端部固定在闭合框架的两个平行侧。穿过它们的三个元件和两个平滑条的组合构成了副框架，其在与绳正交的方向上相对于闭合框架的平移产生非线性滞后回复力。当副框架作为振动块，能够在下侧导件上滑动时，该装置作为振动阻尼器。当上述系统被引入到金属棒时，由于机构所产生的耗散，棒变成耗散阻尼支架。当装置被配置成使得滑动中心元件支撑结构，而闭合框架固定到受到不期望的运动(例如地震运动或由机械引起的运动)的底座时，该主体用作主结构的振动滞后隔离器。当闭合框架固定在可动构件上，并且副框架撞击障碍物时，该装置通过吸收冲击而发挥其作用。
背景技术
关于滞后流变学装置的现有技术是非常清楚的，因此说明书限于公开与本发明的解决方案有很强关联的内容。首先将描述与振动阻尼器相关的现有技术，其次是隔离器和阻尼支架，最后减震器。
基于钢丝绳之间的摩擦力消耗能量的第一个调谐质量阻尼器(tuned massdamper)是1928年获得专利的Stockbridge阻尼器[1]。该装置包含绑在中间的短线绳，以及在其端部固定有两个自由振动块。其用于减少在高压电缆上由风引起的动力学振动。
在1996年，一种滞后隔离器[2]被提出，其由两根平行的金属条组成，与钢丝绳构成的线圈相连。后者针对两金属条之间的相对平移提供滞后类型的回复力。这个想法是固定一个条并连接另一个到要被隔离的结构。通过该专利，已经创建了以线圈形状的钢丝绳代表的所谓“线绳弹簧(wire ropes springs)”，其随时间推移已经在商业上推广。
最近，Vestroni、Lacarbonara和Carpineto[3]在弯曲成带有双曲率圆环的短钢线绳组成的调谐质量阻尼器上提出了专利申请。由于摩擦阻尼，绳给予振动块滞后类型的回复力。将阻尼器放置在主结构上，其从振动块接收减弱结构本身振动的控制力。图 3的(a)展示类似于该设备所获得的本构行为(constitutive behavior)。然而，这个方案具有以下缺陷，线在硬化条件下工作时，获得特征为在加载阶段，刚度随振动的振幅增加而增加的力-位移图。
相同的缺陷在根据WO9627055A1所述系统中出现。
文献[4]和[5]综合描述了由摩擦耗散的机构的相互作用和形状记忆材料的相变，并确保以等效阻尼形式的积极效应。在现有技术中，非线性减震器遭受调谐的损失，并由于作为振动幅度的函数的阻尼和共振频率的显着变化的效应，而造成主结构振动衰减性能的损失。进一步地，参考文献[3]的装置不能作为例如滞后隔离器来使用，因为其不能将要被隔离的结构固定到振动块上，这既由于这些块不能提供支撑，又由于在振动期间，它们经受相对于与绳垂直的其余配置旋转。
在文献中，还提出了很多滞后隔离器和耗散支架，它们通过形状记忆合金的相变来实现耗散。
Grasser和Cozzarelli[6]提出将形状记忆合金用作隔震的新材料。Wilde、Gordoni 和Fujino[7]提出的想法结合传统回复橡胶支撑架与形状记忆合金制成的元件，用于多个桥甲板(bridge deck)的隔离。Dolce、Cardone和Marnetto[8]在形状记忆合金中使用杆和线，提出隔离器和耗散支架的原型。
Van Zeggeren在1991年[9]提出一种基于由形状记忆合金中的线弹簧构成的驱动器的减震器。
发明内容
本发明的目的是提出一种滞后装置，其解决现有技术的问题并克服现有技术的缺点。
本发明的主题是根据所附权利要求所述的装置，其形成本说明书的不可缺少的一部分。
本发明的另一个主题是根据相关的所附权利要求所述的元件或阻尼机械结构。
附图说明
本发明现以说明而非限制为目的描述，并特别参照附图，其中：
-图1a展示根据本发明装置的实施例示意图；
-图1b展示根据本发明的不同实施例；
-图1c和1d展示图1b中元件SD的正视图和侧视图；
-图2展示根据本发明装置的三种操作模式；
-图3展示根据本发明的流变装置实验获得的回复力：(a)几乎线性软化；(b) 带箍缩(pinching)的拟线性软化；(c)带强箍缩的硬化和(d)带箍缩的软化-硬化；
-图4在(a)中展示块通过带箍缩类型软化的装置，连接到经受周期运动的底座，在不同激发水平的频率响应曲线；在(b)中展示随着用于带有箍缩类型行为(M2模式)软化的振幅改变功能的等效阻尼过程；点线表示谐振频率和阻尼趋于恒定值；
-图5展示根据本发明的装置安装在振动台上的水平位置；
-图6在a)中展示在最后一层带有阻尼器的五层建筑，在b)中带有不受控的配置；且在c)中带有受控的配置；
-图7在a)中展示建筑顶层带有不受控构造(圆圈)和受控构造(点)的实验频率响应曲线；在b)中展示阻尼装置的实验频率响应曲线；
-图8展示在受控情况(灰色)和不受控情况(黑色)下，框架的第五层对底座的振动类型位移的加速度响应；
-图9展示根据本发明装置的某些应用：在(a)中作为滞后隔离器(在承重骨架建筑的支柱底座)和耗散支架(在倾斜的杆中，其吸收作用在建筑物上的部分水平力)；在(b)中作为减震器(减震器)整合到车辆的保险杠内以吸收并耗散碰撞障碍物的能量；
-图10展示装置的使用，在(a)中作为滞后隔离器；在(b)中耗散上风或更一般地作为能量吸收器，在(c)中作为减震器；
-图11展示通过重叠根据本发明的两个单向装置获得的根据本发明的双向装置；
-图12展示另一个根据本发明用于航空的不同实施例(即，振动的减轻和在机翼上，或者更一般地在空气动力学表面上，振动稳定性冗余度的增加)；
-图13展示另一个用于民用垂直构造的不同实施例；
-图14a和图14b分别展示弹塑性行为(elastoplastic behavior)和完全塑性行为(perfect plastic behavior)，其中F表示与滑动x相反的力，而Fs表示其滑动时的力。
具体实施方式
本发明涉及到一种多目的机械装置，能提供带有可调性能的非线性滞后回复力。所述装置可用于多种不同应用，包括：(1)振动阻尼器、(2)滞后隔离器、(3)能量吸收器、(4)减震器和(5)要求具有滞后型力-位移特性的特定流变系统的应用。
在图1a中，展示了根据本发明装置的特定说明性实施例示意图。
装置包括矩形的主框架F1，包含组成其侧边的4根棒F1-a、F1-b、F1-c和F1-d。在沿指示为垂直的方向排列的棒F1-a和F1-b中分别放置夹持装置F1-a1和F1-b1，一组不同类型的绳或缆绳(用术语PSG表示)的端部安装到这些夹持装置。该组绳PSG 的其他端被固定到包含接头b2-1的两个相对块b2。在装置的其余构造(在无负载或无机械振动下平衡)中的绳PSG垂直于所述垂直方向，并位于水平方向。
如下所示，两个相对刚性块或元件b2被安装成使得它们能沿垂直方向移动。
在两个块b2之间(例如在相对于它们的中间位置)，放置第三元件或刚性块b1。
一般地，三个块b1和b2刚性连接，或以如下方式连接，两个刚性块b2可以在水平方向上相对于彼此移动，尽管受到一条或多条绳PSG回复力的明显影响。
在一个实例中，三个块被两个光滑条S1和S2(或仅有条S1或S2，或多于两条，或更一般地一个或多个水平导件)垂直于所述垂直方向穿过，其固定(例如在它们中心线内)到块b1。块b2由光滑条S1和S2支撑，并可以通过轴承的插入(例如由自润滑特氟隆制成的轴承)或其他已知的或进一步的系统，以低或可调节的摩擦在水平方向上滑过它们。条S1和S2中的每个可由两个半条构成，其中每一半条的一个端部固定至b1。
三个块b1、b2和光滑条S1、S2的套组(作为副框架F2)被构造成具有相同的垂直位移。
第三块b1可沿至少一个垂直导件、特别是沿至少两个导件G1和G2(或仅有单个导件G1或G2，或多个导件)在垂直方向上滑动，其中通过轴承(例如球轴承)来降低摩擦。
例如，上述绳可以是(1)钢丝绳；(2)形状记忆合金线绳(SMA，“Shape–MemoryAlloy(形状记忆合金)”)，包括镍钛诺(SMA合金，包括镍和钛)或其他SMA合金 (其一些例子包括但不限于镍铝、铜锡、铜锰、铜铝镍、铜铝锌、铁钛、铁铂和铁锰硅)；(3)包含钢线和镍钛诺线或其他形状记忆合金的混合绳；(4)单独的镍钛诺(或其他形状记忆合金)的线。这些元件的不同组合可整合到所提出的装置中，并且受到弯曲和剪切和/或张力的循环应力。制备了两种具有钢和镍钛诺线制成的混合绳原型，以及完全由镍钛诺制成的两根绳原型。前述混合绳是以下所述的装置具体应用的基础。
根据本发明的装置还可包括安装到块b1(例如在中心线内)的螺纹条S3(优选地带有圆形部分且与光滑条S1、S2平行)，其无接触地经过块b2，并且BO螺杆拧在其上。后者具有以这种方式刚性连接块b1到b2的功能，即避免在导件S1、S2上滑动，并因此在框架F2的块的水平方向上没有相对平移。条S3使装置具有能够根据下面将要详细描述的三种不同机构以多种方式使用的功能。将框架F1连接到框架F2 的条b2的PSG绳组表示装置的主刚度组。装置也可以可选地包含由钢或者形状记忆合金或两种材质混合制成的绳或线SSG组(第二刚度组)，其将两个条b2(由于接头 b2-1)通过合适的洞穿过条b1相互连接。通过电流在构成组PSG和/或SSG的由形状记忆合金制成的电缆和/或线中传递，该装置也可变成半激活的。以这种方式，电缆和/或线的热状态通过焦耳效应而变化，并且可以根据操作需要实时调整形状记忆合金的机械性能(刚度)。
在图2中，框架F1安装到测试机(例如MTS-Material Testing System(材料测试系统)类型)的活塞P上，且框架F2的条b1由叉状物绑定到机器的固定支撑件R 上。框架F1在垂直方向上循环移动，且位于叉状物和机器MTS的固定支撑件之间的称重传感器L测量系统的回复力。框架F1、刚性组PSG及SSG、元件b2和导件G1 及G2在以虚线变化的各个配置中表示。尽管由于性能原因，测试设置成F2固定和 F1强制振动，但是根据本发明的滞后装置在实际应用中是相反的。然而，测试与应用一致，因为确定非线性滞后力的位移是F1和F2之间的相对位移。装置可用于在图 2中所示和下文中所述的3种操作模式。
-操作模式M1：块b2固定到螺纹棒S3；当框架F1受到垂直位移时，绳组PSG 受到牵引和弯曲的耦合状态；这种机制引起强几何非线性，其导致刚度机械行为增加 (也称为“硬化”)。对于这个指定模式，框架F2也可以由能在两个导件G1和G2上滑动的单个刚性主体组成。
-操作模式M2：块b2自由地在光滑条S1和S2上滑动。虽然显示条S3，但是其不发挥作用且可被省略。当F1框架经受垂直位移v时，块b2自由地水平移向框架 F1(具有水平位移u)；在PSG绳组内，引起具有双曲率的纯弯曲状态，其导致刚性力-位移行为降低(也称为“软化”)。
-操作模式M3：虽然块b2与绳或线组SSG连接，但是不通过螺纹条固定，则它们可在光滑条S1和S2上滑动，导致SSG组的伸长(等于u的两倍)；当框架F1经受垂直位移v时，在SSG绳内产生牵引循环，同时在PSG绳中产生弯曲和牵引的耦合状态；“硬化”效应的大小取决于两组绳之间的刚度比。虽然显示条S3，但是其不发挥作用且可被省略。
装置提供的回复力是非线性滞后类型的，其刚度特性在负载或卸载阶段连续变化(即，由恢复力对位移的导数所表示的装置的刚度是位移的连续函数(除了位移速度的反转点，或加载方向的符号的反转点))，在负载-卸载反转点中经历不连续变化，反之亦然。耗散能力有赖于两种机制：(1)相对滑动的线之间的内部摩擦，和(2) 由形状记忆合金中的张力-变形状态的变化引起的奥氏体-马氏体 (austenite-martensite)相变(负载下)，反之亦然(在卸载时)。这些耗散机制的共存决定了由耗散能量变化表征的滞后力-位移周期(F2与F1的相对位移)，耗散能量在负载阶段期间增加并且在卸载阶段期间减小。这导致在力-位移循环中带有已知为“箍缩”的效应，归功于这种效应，在负载/卸载曲线中具有拐点以及在原点周围的响应曲线的对称变窄。在操作模式M1和M3中，由于在PSG中产生的张力，存在几何类型的非线性效应，其确定随着位移幅度的增加而增加的刚度。
使用各种绳的三种不同模式(M1，M2和M3)所获得的回复力如图3所示。在图3的(a)中的曲线是装置在M2模式下使用刚绳作为PSG获得的。在这种情况下，耗散是有赖于线之间的摩擦，且力-位移关系是拟线性软化类型；获得与专利申请装置[3]类似的结果。在M1模式下，并完全由镍钛诺组成的绳作为PSG组的装置获得图3的(c)中的本构行为。硬化效应是几何类型的，且由绳中产生的牵引力引起。阻尼由线之间的摩擦和最重要的镍钛诺相变所提供。在图3的(d)中的曲线是装置在M3 模式下，并使用钢绳作为PSG和使用镍钛诺线作为SSG获得的。在这种配置下，阻尼同时由摩擦和马氏体-奥氏体相变提供。如图3的(b)所示，利用箍缩软化的本构行为是装置在M2模式下且由钢-镍钛诺混合绳组成的主刚性PSG组来获得。箍缩是由于线之间的摩擦和镍钛诺的相变同时存在。在负载/卸载循环期间，摩擦提供恒定能量耗散率。镍钛诺在负载施加时具有马氏体转变，并且在返回到弹性分支去除负载时产生奥氏体转变。这确定沿循环产生箍缩效应的耗散率变化。
后者的本构行为(图3的(b))特别适合用于机械振动阻尼的所谓“调谐质量阻尼器”的实现。使这种本构行为成为实现非线性滞回阻尼器的最佳特征，在于振动范围的存在，其中耗散能量和弹性能量之间的比率以及平均等效刚度变成几乎是常量，不同于其他粘弹性或滞后装置。在图4的(a)中，示出了对于不同激励水平的框架F2 总体质量的频率响应曲线，其中装置处于使用混合镍钛诺-钢绳作为PSG的M2模式中(即，带有图3的(b)的箍缩的软化行为)，且F1刚性连接到受不同频率的周期性振动的底座。超过阈值偏移，系统的共振频率为恒定值。在图4的(b)中，等效阻尼 (与耗散能量和弹性能量之间的比率成比例)的趋势被表示为振动幅度的函数。在初始峰值之后，阻尼变得几乎是常量。这是由于对于更大位移发生的马氏体相变。刚刚突出的行为通过实验测量证实。
调谐质量阻尼器的实施例
图5展示装置水平安装在振动台上。框架F2可以在图1的两条垂直线性导件上通过球轴承滑动。框架F1刚性连接到振动台，当框架F2是振动块时，其受到强制移动。图5的配置是能够实验获得设备的频率响应曲线的模式，其可以3种不同的模式 M1、M2和M3操作。
在图6中装置DI的配置表示在多层建筑的情况下作为调谐质量阻尼器的实施例。框架F1被固定在受控的结构PA(见图6的c))和F2上，相对于其振动，在F1和主结构之间的连接点处施加作为反作用力的控制力。在图6的b)中，只有已移除框架 F2的框架F1是固定的。以这种方式，其可以比较结构PA的第五层的受控和不受控振动。
在现有技术中，非线性减震器的局限在于，由于阻尼和谐振频率随振动幅度变化而发生显着变化，从而造成调谐损失，并且因此造成主结构振动衰减性能的损失。带有箍缩类型行为的软化可以通过采用谐振频率和阻尼几乎保持恒定的振幅范围，克服这类缺点。进一步地，根据本发明的装置由于垂直导件(其支撑重量)，可以使用高重量的调谐块，并由于水平导件(使它们能够沿直线方向平移)，消除由调谐块的旋转导致的效应。
如果使用调谐到结构的两个独立模式的频率的两个阻尼器，并且相关导件正交布置，其中振动块滑动(无需连接两个调谐阻尼器)，则获得双向阻尼系统，其具有对两种选择模式进行控制的能力。一般地，使用多个带有调谐块的装置，其通过适当调整的回复力在不同方向上振动，可以控制表示主结构的动力学行为的模式数量(包括扭动模式)。对于调谐质量阻尼器的应用，F1框架可以整合到主结构中，例如，直接在其上容纳用于绳PSG端部的接头和用于导件G1和G2的紧固件。
考虑到安装在振动台上的缩小比例的多层钢建筑，实验性地评估了阻尼器的性能。阻尼器的任务是减弱以框架结构的振动第一模式为主的振动，振动由底座上的谐波运动引起。
图6的a)展示位于振动台上的整个多层建筑以及根据本发明的安装在顶层的减震器。在图6的b)和c)中，分别展示不受控配置(无F2)和受控配置(带F1 和F2)。
在图7的a)中，对于驱动器(forcer)的给定振幅水平，比较不受控框架(以无颜色填充的圆表示)和受控框架(以黑色填充的圆表示)的第五层的频率响应曲线。装置可以将第五层共振偏移减少约70％。阻尼器的相应频率响应在图7的b)中展示。还针对在底座处的地震运动评估了滞后阻尼器的性能。图8展示在受控配置(由灰色曲线)和不受控配置(由黑色曲线)下，框架第五层加速度的实验响应，同时考虑施加到底座的地震加速度图。加速度的峰值衰减70％以上，且受控响应和不受控响应的阿里亚斯烈度(Arias intensity)分别等于0.321m/s和1.43m/s。
振动隔离、耗散支架、减震器实施例
通过利用构成主刚度组PSG以及可能的副刚度组SSG的不同种类的线和绳(根据三种不同的操作模式(M1，M2和M3)集成到上述装置中)所获得的滞后机构能够有效地作为滞后隔离器、耗散支架和减震器。这些应用的示意图如图9所示。
装置可用作各种尺寸和形状的结构、设备或组件的滞后隔离器。图9的(a)展示位于建筑的垂直轴承元件(称为支柱)下方，并具有滞后隔离器功能的三个装置 DI。通过连接支柱(P)的底座到块b1且固定框架F1到整合到地面(地基)的结构，实现了滞后隔离器(见图10的(a))，其最佳本构行为可通过在其作用的三种模式 M1、M2和M3中利用集成绳的多个组件实现。在民用结构中滞后隔离器用作纯粹指示性的，因为装置可用于对振动的劣化效应(deterioration effect)敏感的任何主结构，例如：生物医学、原子核、机械精密设备；塔、仓库、储罐。这个列表只是部分的，而使用根据本发明的装置是普遍的，因为其处理任何隔离应用场合，通过后者的方法，设备自身施加的回复力调节主体相对于另一个主体的相对平移，其导致隔离主体共振频率的显着降低。
隔离器可由单向的修改为双向的，使得允许在两个正交方向上的位移。图11展示通过两个单向装置“DI-1”和“DI-2”的叠加形成的双向隔离器。装置DI-1的框架 F1安装到不期望运动的源头上，且DI-1装置的元件b1修改为适应装置DI-2的框架 F1。以这种方式，整个装置DI-2在y方向上与装置DI-1的框架F2一起移动，反之，装置DI-2的装置框架F2可在x方向上平移。被隔离的主体连接到属于装置DI-2的框架F2的元件b1，且相应地，其受到沿其可移动的两个正交方向上的滞后回复力。
支架是棒，其被插入结构的框架内(例如，可移动节点建筑，即与梁和柱连接，梁和柱通过活页而不是接头相互连接)，目的是固化或消除水平方向的不稳定性。支架耗散的技术包括插入支架中的可变形元件，其受到在主结构上作用引起的位移循环时(例如作用于建筑物的风或地震类型)能够耗散能量，减轻其整体响应。在图9的 (a)中，展示了两个耗散支架的示意图，其通过位于建筑物的框架中的所提出装置 DI实现。根据本发明的装置作为耗散元件用于这种情况。在图10的(b)中，示出了该操作的放大图，其中第一棒C1将框架F1刚性连接到主框架的节点，且第二棒C2将框架的另一个节点刚性连接到框架F2的块b1。框架节点的相对移动激活装置，其耗散由外部动作提供的一些能量，衰减在框架上的应力。这种类型的操作不仅可以在支架中利用，而且可以用在以任何方式偏置的任何其他类型的结构中，以这种方式使结构的两个部分的相对运动传递到装置DI的框架F1和F2。利用不同的装置配置的优点，可以优化特定应用的本构行为。术语“耗散支架”是纯粹指示性的，因为权利要求的主题是该装置的使用在给定结构(例如，电动机的底盘，运输装置)中引入局部耗散元件。
减震器(见图10的(c))包括将根据本发明的装置的框架F1固定到主体上，其中撞击障碍物O的动作影响被减轻，以及将刚性臂H连接到框架F2的元件b1，障碍物撞击在刚性臂H上。基于具体问题的特性，由优化装置产生的非线性和滞后回复力减轻了碰撞，如上述情况。作为示例，在图9的(b)中具有减震器功能的装置在碰撞障碍物之前被集成在汽车的保险杆中。装置可以不同的大小量级，用作不同结构、设备或组件的减震器。
本文中的应用(调谐质量阻尼器、隔离器、耗散支架、减震器)事实上为了其操作的目的，共享了实现的特征，由各种绳线的组件(例如由钢、混合镍钛诺-钢、仅镍钛诺和仅钢制成)在可以三种操作模式(M1，M2，M3)操作的具体机构中施加回复力。
附加实施例
参照图1b、1c和1d描述的不同实施例，其根据本发明以不同的方式实现多重滑动机构。事实上，在这个实施例中，没有中心块b1，且b2可滑动地安装到一个或多个导件(图中两个分离的导件，但是它们也可以组合或是单个导件)，而侧线和b1之间的连接是滑动型。例如，这些连接可以是附接到线PSG端部的虎钳装置SD(其带有部件SD_1和SD_2)，并且为SD_B提供轴承，以在形成于块b2中的座b2_g内滑动。在图中，虽然这些装置只有一个被展示，但是其设置用于所有线-b2连接。以这种方式，当b2垂直滑动时，在线的端部的装置在其座内滑动，避免在线中引起硬化状态(仅显示一根线PSG，但也可能有更多根线)。
线绳的滑动系统可以这样调整其摩擦，即提供给定水平的滑动摩擦。
现在参照图12，展示了仅有一个可调谐块B2，其利用PSG线连接到框架F1C(例如，圆柱形)的情况。块B2沿中心轴SH垂直滑动(或者连接到其他类型的导件)。股(strand)-中心块连接提供上述装置(图1c-1d，不在图12中展示)，用于在通过套筒A连接到中心块的盘DK内水平滑动。效果类似于刚刚描述的实施例，但是该设计的配置更适用于控制机械、航空和航天结构的应用。例子包括减轻由阵风引起的振动，或飞行器的翼或其他空气动力学表面(如方向舵或侧向稳定器)的抖动现象。另一个应用领域可以是在绳上的运输系统，例如缆车或材料带运输系统。在这种情况下，装置用于控制乘客缆车、或绳或带的支撑塔架不想要的振动。
最后，参照图13，描述了用于垂直结构的阻尼的另一个实施例，例如风塔100 或摩天大楼。
这个实施例来自申请WO2013042152，但是引入重要的差异。第一，线连接20- 调谐块(球形)11(例如通过环31)对线使用图1b-1d(图13中未示出)中所指的滑块。第二，球形块11被放置在地面上。下部支撑框架50可以是平面或者轻微的凹面。第三，附接到天花板(上部框架)的线绳不再出现。以这种方式，线的硬化行为可以完全避免，且获得了更加方便和可行的力-位移图，具有几乎线性的回复力。
同样也在图1b-1d和13-14的实施例中，形状记忆材料可如上所述用于其他实施例中。
在图1b、图2所示装置的上述配置和配置M2和M3可以进行有用的修改，以在装置内引入附加阻尼。特别地，图1c和1d中的车如果在滑动方向上作用在其上的力超过了一定的可调阈值，则带有摩擦力的车可以自由滑动。同时，在M2配置中元件 b2在条S1和S2上的滑动在存在一定程度的摩擦力的情况下发生，仅当其超过边界滑动力时，其可通过确定自由滑动而调节。在配置M3中，同样的行为可通过引入作为SSG的结构元件而获得，结构元件能够在所述水平方向上提供弹塑性或完全塑性行为。最终，在具有摩擦的车出现在配置M2和M3中的两种情况下，提供摩擦的车的力-位移规律或块b2沿S1和S2的规律，产生弹性-塑性行为(图14a)或完全塑性行为(图14b)。图14a和图14b分别展示弹塑性行为和完全塑性行为，其中F表示与滑动x相反的力，而Fs表示滑动的力。以这种方式，当外部应力激活滑动的恒力时，获得更大的能量耗散而不改变装置的整体刚度。
一般实施例
参考上述所有附图，用于被动地控制由平移运动引起的机械振动的滞后装置DI，在一个方面包括至少一个框架F1，至少一个刚性元件b2通过多条线绳PSG连接到框架F1，线绳PSG在卸载条件下大体上是直的。
根据本发明，线绳PSG在没有机械振动的条件下，沿称为水平方向的方向相互平行。
根据本发明的同一个方面，存在两个面对刚性元件b2，通过线绳PSG连接到所述至少一个框架F1的相对壁。两个面对刚性元件b2可以沿与所述水平方向垂直的垂直平移方向移动。
目前为止，描述了现有技术中也存在的特征。然而，滞后装置DI进一步包含本发明的特定特征。
第一个特征是存在第三刚性元件b1，其位于所述两个面对刚性元件b2之间并且借助可移动连接系统S1、S2、SSG连接到它们，其仅允许两个面对刚性元件b2沿水平方向的往复运动。
第二个特征是刚性元件b1，根据本发明其以滑动的方式沿至少一个导件G1、G2 安装，导件G1、G2沿垂直方向延伸并具有两个端部，其固定到至少一个框架F1。
用于实现可移动连接系统的具体模式可以有所不同。例如，在一侧提供至少一个直条S1、S2，且在另一侧提供两个面对刚性元件b2，具有用于在所述至少一个直条上滑动的装置。特别地，用于滑动的装置以使摩擦最小化或将其调节到预定值的方式配置。
依然在另一例子中，可移动连接系统包括互连两个刚性元件b2的一个或多个弹性和耗散互连元件(特别是线绳SSG)。
可以通过位于不同位置的相对滑动来实现相同的基本发明构思。事实上，两个面对刚性元件b2可通过滑动系统SD连接到所述线绳PSG，滑动系统SD配置成允许刚性元件b2和相应的线绳PSG之间沿水平方向的相对运动。在这种情况下，两个面对刚性元件b2以滑动的方式安装在至少一个导件G1、G2，导件G1、G2沿垂直方向延伸并具有两个端部，其安装到至少一个框架F1。事实上，如果整体是充分刚性的，导件也可以仅安装到框架的一侧(或者可能固定到更多侧)。
根据具体示例，两个面对刚性元件b2中的每一个安装在附接到框架一个或多个侧面的对应导件G1、G2上。
上述实施例的相同基本发明构思可以不同方式实现。此外，还包括至少一个框架F1C，刚性元件B2通过多个线绳PSG与其连接，其在卸载条件下大体上是直的。相应地，线绳PSG在没有机械振动的条件下，沿称为水平方向的方向相互平行。
在此，刚性元件B2可以沿与所述水平方向垂直的垂直平移方向移动。
其通过滑动系统SD连接到所述线绳PSG，滑动系统SD配置成允许在刚性元件 B2和相应的线绳PSG之间沿所述水平方向的相对运动。同时，刚性元件B2以滑动的方式安装在至少一个导件SH上，其沿所述垂直方向延伸并具有安装到所述至少一个框架F1C的两个端部。
在以上提到的其中提供滑动系统SD的所有示例中，滑动系统SD配置成提供一定程度的滑动摩擦。
同样的基本发明技术概念的更进一步的例子可以是至少包括框架50，其通过连接装置连接至少一个调谐块11。该连接装置包含多条线绳20，其在卸载条件下大体上是直的。至少一个调谐块10是可以沿平移的至少一个方向移动。线绳20在一端直接连接到所述框架，在另一端直接连接到所述至少一个调谐块11，使得它们在没有负载的条件下大体上垂直于所述至少一个平移方向。
然而，在这种情况下，调谐块是架设在所述框架50上的球形块11，因此具有对称特征。球形块11通过多条与重力方向对齐，并布置成相对于球形块11径向对称的线绳20连接到框架50。
在这个例子中，另一个重要特征是在每条线绳20和所述至少一个调谐块之间的连接是由滑动系统SD组成，滑动系统SD配置成允许在至少一个调谐块B2和线绳 PSG之间沿重力方向的相对运动。
在上述所有实施例中，弹性和耗散互连元件SSG(线绳或功能上的其他等价物) 能够以在所述水平方向上提供耗散的弹塑性行为或完全塑性行为的方式来选择。
绳线PSG和/或所述进一步线绳SSG可由钢制成。或者，它们可以包括多条刚线，或者多条由形状记忆合金制成的线。又或者，线绳PSG和/或附加线绳SSG包含仅由形状记忆材料制成的线或由各行形状记忆材料制成的线。形状记忆合金，例如是镍钛诺或其他SMA合金。
另一个优点可以通过将线绳PSG和/或所述一个或多个弹性和耗散互连元件SSG连接到电流源，以便通过焦耳效应改变它们的热状态来实现。
如上所述的滞后装置可以合并在一起。事实上，如果提供第一DI-1滞后装置和第二DI-2滞后装置，则它们可以堆叠，其中第一滞后装置DI-1的第三刚性元件b1 刚性连接到第二滞后装置DI-2的主框架F1，以这种方式使得第一滞后装置DI-1的垂直方向垂直于第二滞后装置DI-2的垂直方向。
然后，发明也涉及到机械元件或阻尼结构，包括元件或机械结构PA、P、C、O 和与其连接的振动阻尼器，其中振动阻尼器是上述滞后装置中的一个。
在带有第三刚性元件的实施例情况中，至少一个框架F1可连接到所述元件或机械结构PA，或是所述元件或机械结构PA的部分，两个面对刚性元件b2和第三刚性元件b1沿所述至少一个导件G1、G2自由振动。
或者，所述元件或机械结构PA可以仅刚性连接到所述振动阻尼器DI的所述第三刚性元件b1，同时所述至少一个框架F1刚性连接到运动源，该元件或机械结构与运动源隔离。
仍然根据变形，元件或机械结构PA在一侧连接到所述至少一个框架F1，并且在另一侧连接到所述第三刚性元件b1。
根据另一个变形，所述至少一个框架F1连接到车辆，且所述第三刚性元件b1连接到所述车辆的保险杠机械元件H。
与现有技术的比较
对比文件WO2013042152和WO9627055A1，本发明在每种条件下都提供了垂直和水平偏移。以这种方式，线绳不再张紧，然后滞后图变化。在任意情况下，WO9627055A1的系统与本发明的系统不等价，因为WO9627055A1的多滑块系统提供在张紧元件之间的旋转连接，然后，在旋转期间，平移之间的垂直度丢失。这反映在蝶形线性力-位移图(参见WO9627055A1的图13)中，与本发明获得的完全不同。
应用领域
根据本发明，滞后流变装置的主要应用如下所列：
-调谐质量阻尼装置；
-隔离装置；
-耗散器，例如设备、基础设施、框架等的耗散支架；
-减震器装置；
-用于其操作本发明装置获得滞后非线性回复力的应用。
前述优选实施例已经描述了本发明提出的各种变化，但是应当理解，本领域技术人员可以在不脱离权利要求书所限定的保护范围内作出修改和变化。

Claims (21)

1.用于被动控制由平移运动引起的机械振动的滞后装置，包括：至少一个框架，至少一个刚性元件通过多条线绳连接至所述至少一个框架，所述线绳在卸载条件下大体上是直的，其中：
在没有机械振动的条件下，所述线绳沿称为水平方向的方向相互平行；
存在两个面对刚性元件，其通过线绳连接到所述至少一个框架的相对壁；
所述两个面对刚性元件能够沿与所述水平方向垂直的垂直平移方向移动；
所述滞后装置的特征在于：
包括第三刚性元件，其位于所述两个面对刚性元件之间并且借助可移动连接系统连接到所述两个面对刚性元件，所述可移动连接系统仅允许两个面对刚性元件沿水平方向的往复运动；
所述第三刚性元件以滑动的方式沿至少一个导件安装，所述至少一个导件沿垂直方向延伸并具有固定到所述至少一个框架的两个端部。
2.根据权利要求1所述的滞后装置，其特征在于，所述可移动连接系统包含至少一个直条，所述两个面对刚性元件设置有用于所述至少一个直条滑动的装置，以最小化摩擦力或者将其调整到预设值。
3.根据权利要求1所述的滞后装置，其特征在于，所述可移动连接系统包括将所述两个刚性元件互连的一个或多个互连弹性耗散元件。
4.用于被动控制由平移运动引起的机械振动的滞后装置，包括：至少一个框架，至少一个刚性元件通过多条线绳连接至所述至少一个框架，所述线绳在卸载条件下大体上是直的，其中：
在没有机械振动的条件下，所述线绳沿称为水平方向的方向相互平行；
存在两个面对刚性元件，其通过线绳连接到所述至少一个框架的相对壁；
所述两个面对刚性元件能够沿与所述水平方向垂直的垂直平移方向移动；
所述滞后装置的特征在于：
所述两个面对刚性元件通过滑动系统连接到所述线绳，滑动系统配置成允许在刚性元件和相应的线绳之间沿所述水平方向的相对运动；
所述两个面对刚性元件以滑动的方式安装在至少一个导件上，所述至少一个导件沿垂直方向延伸并具有固定到至少一个框架的两个端部。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，两个面对刚性元件中的每一个分别安装在导件上。
6.根据权利要求5所述的滞后装置，其特征在于，滑动机构被配置成提供一定程度的滑动摩擦。
7.用于被动控制由平移运动引起的机械振动的滞后装置，包括：至少一个框架，刚性元件通过多条线绳连接至所述至少一个框架，所述线绳在卸载条件下大体上是直的，其中：
在没有机械振动的条件下，所述线绳沿称为水平方向的方向相互平行；
所述刚性元件能够沿与所述水平方向垂直的垂直平移方向移动；所述滞后装置的特征在于：
所述刚性元件通过滑动系统连接至所述线绳，滑动系统配置成允许在刚性元件和相应的线绳之间沿所述水平方向的相对运动；
所述刚性元件以滑动的方式安装在至少一个导件上，所述至少一个导件沿垂直方向延伸并具有固定到所述至少一个框架的两个端部。
8.用于被动控制由平移运动引起的机械振动的调谐质量滞后装置，包括：至少一个框架(50)，至少一个调谐块(11)通过连接装置连接至所述至少一个框架(50)，其特征在于：
所述连接装置包含多条线绳(20)，其在卸载条件下大体上是直的；
所述至少一个调谐块(11)能够沿至少一个平移方向移动；
所述线绳(20)在一端直接连接到所述框架，在另一端直接连接到所述至少一个调谐块(11)，使得它们在没有负载的条件下大体上垂直于所述至少一个平移方向；其中：
所述至少一个调谐块是球形块，架设在所述框架(50)上；
所述球形块通过与重力方向对齐、布置成相对于球形块径向对称的多条线绳(20)连接到框架(50)；
在每条线绳(20)和所述至少一个调谐块之间的连接由滑动系统构成，滑动系统配置成允许在所述至少一个调谐块和线绳之间沿重力方向的相对运动。
9.根据权利要求8所述的滞后装置，其特征在于，互连弹性耗散元件能够在水平方向上提供弹塑性或完全塑性耗散行为。
10.根据权利要求9所述的滞后装置，其特征在于，一个或多个所述互连弹性耗散元件包含另外的线绳。
11.根据权利要求9所述的滞后装置，其特征在于，所述线绳和/或另外的线绳由钢制成。
12.根据权利要求9所述的滞后装置，其特征在于，所述线绳和/或另外的线绳包括多条钢线和多条由形状记忆材料制成的线。
13.根据权利要求9所述的滞后装置，其特征在于，所述线绳和/或另外的线绳包含仅由形状记忆材料制成的线，或多条由形状记忆材料制成的线。
14.根据权利要求12或13所述的滞后装置，其中形状记忆材料是镍钛诺或其他SMA合金。
15.根据权利要求9至13中任一项所述的滞后装置，其中所述线绳和/或一个或多个所述互连弹性耗散元件连接到电流源，以便通过焦耳效应改变它们的热状态。
16.滞后系统，其特征在于，包括两个重叠的根据权利要求2-3所述的滞后装置，其中两个滞后装置中的第一滞后装置的第三刚性元件刚性连接到两个滞后装置中的第二滞后装置的主框架，以这种方式使得第一滞后装置的垂直方向垂直于第二滞后装置的垂直方向。
17.元件或阻尼机械结构，包括元件或机械结构和与其连接的振动阻尼器，其特征在于，所述振动阻尼器是根据权利要求1至16中任一项所述的滞后装置。
18.根据权利要求17所述的元件或阻尼机械结构，当引用权利要求1至3中任一项时，其特征在于，只有所述至少一个框架连接到所述元件或机械结构，或是所述元件或机械结构的部分，两个面对刚性元件和第三刚性元件沿所述至少一个导件自由振动。
19.根据权利要求17所述的元件或阻尼机械结构，当引用权利要求1至3中任一项时，其特征在于，所述元件或机械结构仅刚性连接到所述振动阻尼器的所述第三刚性元件，同时所述至少一个框架刚性连接到运动源，其中所述元件或机械结构与运动源隔离。
20.根据权利要求17所述的元件或阻尼机械结构，当引用权利要求1至3中任一项时，其特征在于，所述元件或机械结构在一侧连接到所述至少一个框架，并在另一侧连接到所述第三刚性元件。
21.根据权利要求17所述的元件或阻尼机械结构，当引用权利要求1时，其特征在于，所述至少一个框架连接到车辆，且所述第三刚性元件连接到为所述车辆一部分的保险杠机械元件。
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