CN108050189A - 一种基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，涉及隔震减振技术领域，包括上盖板、下盖板、导磁钢质柱芯、导磁支撑内环柱、导磁支撑外环柱、线圈、隔磁铜柱、隔磁环柱、隔磁套筒、螺栓、上承托板、下承托板、隔磁垫片；磁流变塑性体和工作导磁钢筒间隔布置，形成一维水平向周期结构的声子晶体，导磁钢质柱芯、一维水平向声子晶体结构、导磁支撑内环柱、上盖板、导磁支撑外环柱、下盖板共同形成磁场闭合回路。本发明可为土木或机械工程行业在遭遇振动激励时进行更有效的隔震减振，其基于磁流变塑性体引入了一维水平向声子晶体结构形式，在磁场的作用下磁流变塑性体表现出可调的流变性质，从而实现对振动激励的智能阻隔。
Description
技术领域
本发明主要涉及结构隔震减振技术领域，涉及一种基于磁流变塑性体的用于阻隔振动的一维水平向智能声子晶体隔震器。
背景技术
为了抵抗地震的破坏，传统建筑物抗震技术是通过增大梁柱截面尺寸、增加梁柱配筋和提高建筑材料强度等方法来实现，但这种以刚克刚的方法会导致结构刚度越大，向上部结构传递的地震作用越强的结果。而“以柔克刚”的建筑隔震技术不同于传统的抗震技术，目前工程上最常用的是叠层橡胶支座隔震系统在基础和上部结构之间，并设置专门的橡胶隔震支座和耗能元件例如阻尼器等，形成刚度很低的柔性底层，以延长整个结构体系的自振周期、增大阻尼，减少输入上部能量的地震能量，达到预期防震要求，但这种方式属于被动控制，不能人为地对外部的振动激励做出反应。
磁流变塑性体(Magentorheological Plastomers，简称MRP)是一类将微米级软磁性颗粒均匀分散在塑性高聚物基体中制备而成的新型磁敏智能软材料。磁流变塑性体类似于橡皮泥，克服了磁流变液的颗粒沉降问题且具备磁流变弹性体出力大的特性。其高磁敏性、磁控阻尼性能使得磁流变塑性体广泛应用于阻尼器、隔震器的设计中。
声子晶体是由两种或两种以上弹性材料组成，具有弹性波禁带特性的周期性复合结构。弹性波在声子晶体中传播时会形成弹性波禁带，在禁带频率范围内，弹性波的传播将会受到抑制。近年来，各国学者对于声子晶体的带隙调控做了很多有益的探索。从最初的调整几何结构(散射体形状和晶格结构)实现带隙调控到利用智能材料的流变性质来实现调控声子晶体的能带结构。本发明将磁流变塑性体和声子晶体结构形式结合到一起，为振动控制领域提供新的思路。
中国专利(申请号201410366130.7)公开的“一种圆形套筒式声子晶体隔振器”分三级引入声子晶体结构，增加了隔振单元的周期数，但声子晶体带隙不可调，仍属于被动控制的范畴；中国专利(申请号201410421507.4)公开的“集成多层磁流变弹性体和磁流变阻尼器的新型智能隔振器”将阻尼器和隔振器并联或串联连接，其刚度和阻尼变化范围较大，但只限制在磁流变材料的使用。本发明采用磁流变塑性体材料，在磁场改变时，磁流变塑性体表现可调的抗震能力，同时一维声子晶体结构的设计使得一定范围内的震动波被“吸收”，从而设计的隔震器有双重意义上的隔震效果。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提出一种基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，克服了传统磁流变液材料颗粒沉降的问题，同时具备磁流变弹性体出力大的特性；与现有智能隔震器相比，本发明构造简单，制作方便，容易控制。
本发明通过如下技术方案得以实现的：
一种基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，包括上盖板、下盖板、导磁钢质柱芯、导磁支撑内环柱、导磁支撑外环柱、线圈、隔磁铜柱、隔磁环柱、隔磁套筒、螺栓、一维水平向声子晶体结构、上承托板、下承托板和隔磁垫片；
所述上盖板上表面与上承托板之间布置隔磁垫片；所述上承托板、隔磁垫片和上盖板通过螺栓连接；所述上盖板下表面与导磁支撑内环柱上端部连接；所述导磁支撑内环柱结构为圆环状；所述导磁支撑内环柱下端部与隔磁环柱连接；所述上承托板、隔磁垫片、上盖板、导磁支撑内环柱、隔磁环柱组成隔震器的上部结构；
所述下承托板和下盖板之间设置隔磁垫片，下承托板、隔磁垫片、下盖板可拆卸连接；所述下盖板的上表面与导磁钢质柱芯、导磁支撑外环柱连接；
所述导磁支撑内环柱置于导磁支撑外环柱内；所述导磁支撑内环柱内环内设置有导磁钢质柱芯；所述导磁钢质柱芯下端面与下盖板相连接，上端面与隔磁铜柱连接；
所述下承托板、隔磁垫片、下盖板、导磁钢质柱芯、隔磁铜柱、导磁支撑外环柱组成隔震器的下部结构；所述一维水平向声子晶体设置在导磁支撑内环柱和导磁钢质柱芯之间；所述线圈设置在导磁支撑内环柱外环与导磁支撑外环柱内环之间。
进一步的，所述线圈外设置有隔磁套筒。
进一步的，所述隔磁套筒与上盖板和导磁支撑内环柱之间预留一定的工作间隙。
进一步的，所述导磁支撑外环柱上设置有线圈预留孔。
进一步的，所述隔震器的上部结构和隔震器的下部结构之间布置聚乙烯滑动片。
进一步的，所述一维水平向声子晶体结构包括磁流变塑性体与工作导磁钢筒，且工作导磁钢筒内设磁流变塑性体。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明针对普通的声子晶体在材料上进行优化升级，采用智能磁流变塑性体，既克服了磁流变液颗粒沉降的问题，又具备磁流变弹性体稳定性好的优点，并且可塑性高，类似于橡皮泥。
2、本发明基于磁流变塑性体材料设计一维水平向声子晶体结构，隔震装置有双重意义上的减震功能，磁流变塑性体的抗震作用和声子晶体结构对带隙范围内振动波的阻隔作用使得隔震效果更好。
3、本发明针对现有声子晶体隔振器被动控制的缺陷，设计一种智能可调隔震器，通过改变磁流变塑性体的流变性质，从而改变声子晶体能带结构，实现可调的抗震能力。
4、本发明构造简单，容易制作，可适用性强。
5、设置工作间隙，防止在上下部结构在挤压过程中损坏磁线圈。
6、由于上下部结构在震动过程中会发生搓动，设置聚乙烯滑动片可保证结构完整。
7、上盖板是导磁材料，磁路会通过上盖板，所以为了减少漏磁设置隔磁垫片。
附图说明
图1为本发明的内部结构图；
图2为本发明图1中的一维水平向声子晶体布置图；
图3为本发明的磁路图；
图4为本发明的上部结构图；
图5为本发明的下部结构图；
图6为本发明的横向剖面图。
附图标记如下：
1-上盖板；2-下盖板；3-导磁钢质柱芯；4-导磁支撑内环柱；5-导磁支撑外环柱；6-线圈；7-隔磁铜块；8-隔磁铜环；9-隔磁套筒；10-聚乙烯滑动片；11-螺栓；12-一维水平向声子晶体结构；13-线圈预留孔；14-磁流变塑性体；15-工作导磁钢筒；16-螺栓预留孔；17-上承托板；18-下承托板；19-隔磁垫片；20-工作间隙。
具体实施方式
为对本发明做进一步的描述，现结合附图对本发明做进一步详细说明。
结合附图1，为本发明的一种基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，包括上盖板1、下盖板2、导磁钢质柱芯3、导磁支撑内环柱4、导磁支撑外环柱5、线圈6、隔磁铜柱7、隔磁环柱8、隔磁套筒9、聚乙烯滑动片10、螺栓11、磁流变塑性体14、工作导磁钢筒15、上承托板17、下承托板18、隔磁垫片19；上承托板17和上盖板1之间布置隔磁垫片19，上承托板17、隔磁垫片19和上盖板1通过螺栓11连接；上盖板1和导磁支撑内环柱4通过螺栓11连接；导磁支撑内环柱4和隔磁环柱8通过螺栓11连接；上承托板17、隔磁垫片19、上盖板1、导磁支撑内环柱4、隔磁环柱8共同组成隔震器的上部结构；下承托板18和下盖板2之间设置隔磁垫片19，下承托板18、隔磁垫片19、下盖板2通过螺栓11连接；下盖板2和导磁钢质柱芯3通过螺栓11连接；下盖板2和导磁支撑外环柱5通过螺栓11连接；导磁钢质柱芯3和隔磁铜柱7通过螺栓11连接；下承托板18、隔磁垫片19、下盖板2、导磁钢质柱芯3、隔磁铜柱7、导磁支撑外环柱5共同组成隔震器的下部结构；上部结构和下部结构之间布置聚乙烯滑动片10；一维水平向声子晶体12设置在导磁支撑内环柱4和导磁钢质柱芯3之间；线圈6布置在导磁支撑内环柱4外圈，并设置隔磁套筒9；线圈6设置紧靠导磁支撑外环柱5，隔磁套筒9与上盖板1和导磁支撑内环柱4之间预留一定的工作间隙20；导磁支撑外环柱5一端预留导线孔13；上承托板17和下承托板18均设置一定数量的螺栓预留孔16。
结合附图3，通入电流后，线圈6产生磁场，磁感线通过由导磁钢质柱芯3、一维水平向声子晶体结构12、导磁支撑内环柱4、上盖板1、导磁支撑外环柱5、上承托板17组成的磁回路
工作原理：
本发明的一种基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，外部激励时，隔震器上部结构和隔震器下部结构相互挤压滑动。线圈6两端通过线圈预留孔13与外部电源连接，通过调节线圈电流大小，可以改变穿过磁流变塑性体的磁场大小。磁场改变时，磁流变塑性体13的弹性模量和阻尼发生变化，可实现抗震能力的智能调节。同时震动波在声子晶体中传播时，由Bragg散射理论，部分频率范围内的震动波将被抑制而减少对上部结构的伤害。当外部激励改变时，可以改变通入电流的大小改变声子晶体能带结构，实现可调的减震能力，最终实现隔震器的智能调控。本发明结合磁流变塑性体和声子晶体，从而实现双重意义上对振动激励的智能调节。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，其特征在于，包括上盖板(1)、下盖板(2)、导磁钢质柱芯(3)、导磁支撑内环柱(4)、导磁支撑外环柱(5)、线圈(6)、隔磁铜柱(7)、隔磁环柱(8)、隔磁套筒(9)、螺栓(11)、一维水平向声子晶体结构(12)、上承托板(17)、下承托板(18)和隔磁垫片(19)；
所述上盖板(1)上表面与上承托板(17)之间布置隔磁垫片(19)；所述上承托板(17)、隔磁垫片(19)和上盖板(1)通过螺栓(11)连接；所述上盖板(1)下表面与导磁支撑内环柱(4)上端部连接；所述导磁支撑内环柱(4)结构为圆环状；所述导磁支撑内环柱(4)下端部与隔磁环柱(8)连接；所述上承托板(17)、隔磁垫片(19)、上盖板(1)、导磁支撑内环柱(4)、隔磁环柱(8)组成隔震器的上部结构；
所述下承托板(18)和下盖板(2)之间设置隔磁垫片(19)，下承托板(18)、隔磁垫片(19)、下盖板(2)可拆卸连接；所述下盖板(2)的上表面与导磁钢质柱芯(3)、导磁支撑外环柱(5)连接；
所述导磁支撑内环柱(4)置于导磁支撑外环柱(5)内；所述导磁支撑内环柱(4)内环内设置有导磁钢质柱芯(3)；所述导磁钢质柱芯(3)下端面与下盖板(2)相连接，上端面与隔磁铜柱(7)连接；
所述下承托板(18)、隔磁垫片(19)、下盖板(2)、导磁钢质柱芯(3)、隔磁铜柱(7)、导磁支撑外环柱(5)组成隔震器的下部结构；所述一维水平向声子晶体结构(12)设置在导磁支撑内环柱(4)和导磁钢质柱芯(3)之间；所述线圈(6)设置在导磁支撑内环柱(4)外环与导磁支撑外环柱(5)内环之间。
2.根据权利要求1所述的基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，其特征在于，所述线圈(6)外设置有隔磁套筒(9)。
3.根据权利要求1所述的基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，其特征在于，所述隔磁套筒(9)与上盖板(1)和导磁支撑内环柱(4)之间预留一定的工作间隙(20)。
4.根据权利要求1所述的基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，其特征在于，所述导磁支撑外环柱(5)上设置有线圈预留孔(13)。
5.根据权利要求1所述的基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，其特征在于，所述隔震器的上部结构和隔震器的下部结构之间布置聚乙烯滑动片(10)。
6.根据权利要求1所述的基于磁流变塑性体的智能声子晶体隔震器，其特征在于，所述一维水平向声子晶体结构(12)包括磁流变塑性体(14)与数个直径不同的工作导磁钢筒(15)，且相邻工作导磁钢筒(15)之间设磁流变塑性体(14)。
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| 于国军等: "一种复合磁流变阻尼器的设计及性能试验", 《力学季刊》 * |
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