CN108425986B - 圆筒式电涡流阻尼装置、阻尼调节方法及桥梁减振结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆筒式电涡流阻尼装置、阻尼调节方法及桥梁减振结构，涉及减振装置的技术领域。该阻尼装置包括支撑框架、质量块、感应强磁铁、直线导轨和铜管；感应强磁铁包括第一感应强磁铁和第二感应强磁铁，铜管包括第一铜管和第二铜管，第一感应强磁铁和第二感应强磁铁分别设于质量块的两侧，第一铜管和第二铜管分别设于支撑框架两侧，当质量块振动时，第一感应强磁铁和第二感应强磁铁分别在第一铜管和第二铜管内往复运动。该阻尼调节方法通过调节铜管的内半径、外半径和感应强磁铁的尺寸，实现不同的阻尼系数；该桥梁减振结构包括上述阻尼装置。本发明通过法拉利电磁感应原理来吸收结构振动的能量，阻尼比例系数方便调节。

Description

圆筒式电涡流阻尼装置、阻尼调节方法及桥梁减振结构

技术领域

本发明涉及减振装置的技术领域，具体是涉及一种圆筒式电涡流阻尼装置、阻尼调节方法及桥梁减振结构。

背景技术

随着材料和机械装备技术的不断发展，桥梁等工程结构的跨度越来越大，关键支撑结构越来越高，在地震或强风等外界动力荷载的作用下结构会产生较为强烈的动态响应从而严重降低结构的刚度，结构的疲劳和损伤逐渐积累，最终导致结构的安全和健康状态愈来愈差。结构振动控制可以有效地减轻结构在风、地震、车辆等动力作用下的反应和损伤积累，有效地提高结构的抗震性能，是大型工程结构减振和抗灾变的有效方法和技术。

目前针对减振方式的多样性，研究者开发了各种不同的阻尼器。一般油阻尼器都涉及到发生漏油的问题；采用液体格栅提供阻尼，当需要的阻尼力较大时，阻尼作用效果甚微，另外阻尼参数的稳定性也存在一定问题，影响减振器的正常工作性能；也有研究者采用流固耦合振动使得质量参数、刚度参数及阻尼参数完全分离，这样虽然调谐方便，但这种阻尼器的阻尼比例系数不易改变和调节。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种圆筒式电涡流阻尼装置、阻尼调节方法及桥梁减振结构。本发明的阻尼装置通过法拉利电磁感应原理来吸收结构振动的能量，而且阻尼比例系数方便调节。

本发明提供一种圆筒式电涡流阻尼装置，包括支撑框架、质量块、感应强磁铁、直线导轨和铜管；所述直线导轨的两端与支撑框架固定连接，所述质量块沿直线导轨滑动设置，所述感应强磁铁包括第一感应强磁铁和第二感应强磁铁，所述铜管包括第一铜管和第二铜管，所述第一感应强磁铁和第二感应强磁铁分别设于质量块的两侧，所述第一铜管和第二铜管分别设于支撑框架两侧且相对设置，当质量块振动时，第一感应强磁铁和第二感应强磁铁分别在第一铜管和第二铜管内往复运动。

在上述技术方案的基础上，所述阻尼装置还包括第一反向强磁铁和第二反向强磁铁，所述第一反向强磁铁和第二反向强磁铁分别设于支撑框架两侧，且分别位于第一铜管和第二铜管内，所述第一反向强磁铁和第一感应强磁铁相对的一侧为同一磁极，第二反向强磁铁和第二感应强磁铁相对的一侧为同一磁极。

在上述技术方案的基础上，所述阻尼装置还包括第一调谐弹簧和第二调谐弹簧，所述第一调谐弹簧和第二调谐弹簧分别套设于第一铜管和第二铜管，所述第一调谐弹簧和第二调谐弹簧的两端均分别与支撑框架和质量块连接。

在上述技术方案的基础上，所述直线导轨包括相互平行的第一直线导轨和第二直线导轨，所述质量块设有第一直线轴承和第二直线轴承，所述第一直线轴承套装在第一直线导轨上，所述第二直线轴承套装在第二直线导轨上。

在上述技术方案的基础上，所述第一感应强磁铁和第二感应强磁铁相对于质量块的中轴线对称设置，所述第一铜管和第二铜管相对于质量块的中轴线对称设置。

在上述技术方案的基础上，所述质量块设有第一连接杆和第二连接杆，所述第一感应强磁铁位于第一连接杆的端部，所述第一感应强磁铁位于第二连接杆的端部。

在上述技术方案的基础上，所述第一连接杆和第二连接杆均采用不导磁材料制成。

在上述技术方案的基础上，所述支撑框架为方形封闭的中空壳体结构。

本发明还提供一种基于上述圆筒式电涡流阻尼装置的阻尼调节方法，所述阻尼装置的阻尼比例系数c采用如下方式计算：

其中，r₁、r₂分别为铜管的内半径和外半径，r₀为感应强磁铁的半径，B₀为感应强磁铁两极表面中心处的磁场强度，ρ为铜管电阻率；

通过调节铜管的内半径、铜管的外半径和感应强磁铁的尺寸，实现不同的阻尼系数。

本发明还提供一种桥梁减振结构，用于桥梁的减振，包括上述阻尼装置。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明通过共振将结构振动传递到阻尼装置上，阻尼装置振动时利用法拉利电磁感应原理产生电涡流，耗散掉振动能量。同时，本发明的阻尼装置通过调节铜管的内半径、外半径和感应强磁铁的尺寸，实现不同的阻尼比例系数的调整，从而满足不同尺寸和荷载重量的结构的减振需求。本发明是一种非接触式的阻尼方式，结构简单，可靠性强，通过研究可以提供精确的阻尼参数，阻尼参数的调节也可以准确控制。

(2)本发明的阻尼装置设置了反向强磁铁，反向强磁铁和感应强磁铁相对的一侧为同一磁极，根据同性相斥的原理，反向强磁铁可以加快质量块振动能量的耗散，从而提高结构的能量耗散速度。

(3)本发明的阻尼装置减振原理明确清晰，结构简单成本低。而且，本发明的阻尼调节方法，仅仅需要在生产时调整铜管的内半径、外半径和感应强磁铁的尺寸，即可以实现不同的阻尼系数的调整，调整方法简单。

(4)本发明的阻尼装置可以应用于桥梁的减振，特别适用于桥梁关键支撑结构，避免结构的疲劳和损伤逐渐积累，对于桥梁结构的安全和寿命有重要现实意义。同时，本发明的阻尼装置也可以适用于其他需要减振的结构，适用性广。

附图说明

图1是本发明实施例圆筒式电涡流阻尼装置的结构示意图。

附图标记：质量块1、第一直线轴承2a、第二直线轴承2b、第一直线导轨3a、第二直线导轨3b、第一连接杆4a、第二连接杆4b、第一铜管5a、第二铜管5b、第一感应强磁铁6a、第二感应强磁铁6b、第一反向强磁铁7a、第二反向强磁铁7b、第一调谐弹簧8a、第二调谐弹簧8b、支撑框架9。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例提供一种圆筒式电涡流阻尼装置，该阻尼装置包括支撑框架9、质量块1、感应强磁铁、直线导轨和铜管；直线导轨的两端与支撑框架9固定连接，质量块1沿直线导轨滑动设置，感应强磁铁包括第一感应强磁铁6a和第二感应强磁铁6b，铜管包括第一铜管5a和第二铜管5b，第一感应强磁铁6a和第二感应强磁铁6b分别设于质量块1的两侧，第一铜管5a和第二铜管5b分别设于支撑框架9两侧且相对设置，当质量块1振动时，第一感应强磁铁6a和第二感应强磁铁6b分别在第一铜管5a和第二铜管5b内往复运动。其中，本实施例中，第一感应强磁铁6a和第二感应强磁铁6b相对于质量块1的中轴线对称设置，第一铜管5a和第二铜管5b相对于质量块1的中轴线对称设置，支撑框架9为方形封闭的中空壳体结构。

在本实施例中，阻尼装置还包括第一反向强磁铁7a和第二反向强磁铁7b，第一反向强磁铁7a和第二反向强磁铁7b分别设于支撑框架9两侧，且分别位于第一铜管5a和第二铜管5b内，第一反向强磁铁7a和第一感应强磁铁6a相对的一侧为同一磁极，第二反向强磁铁7b和第二感应强磁铁6b相对的一侧为同一磁极。根据同性相斥的原理，第一反向强磁铁7a和第二反向强磁铁7b可以加快质量块1振动能量的耗散，提高结构的能量耗散速度。

阻尼装置还包括第一调谐弹簧8a和第二调谐弹簧8b，第一调谐弹簧8a和第二调谐弹簧8b分别套设于第一铜管5a和第二铜管5b，第一调谐弹簧8a和第二调谐弹簧8b的两端均分别与支撑框架9和质量块1连接。本发明设置的调谐弹簧，是利用弹簧刚度值来调节阻尼装置的固有频率，使得阻尼装置的固有频率和振动结构的振动频率接近，从而使结构的振动可以最大限度传递到阻尼装置上。

其中，直线导轨包括相互平行的第一直线导轨3a和第二直线导轨3b，质量块1设有第一直线轴承2a和第二直线轴承2b，第一直线轴承2a套装在第一直线导轨3a上，第二直线轴承2b套装在第二直线导轨3b上。第一直线导轨3a和第二直线导轨3b可以设于质量块1的左右两侧，也可以设于质量块1的上下两侧。在实际应用中，直线导轨也可以设置在支撑框架9的底部，质量块1的底部与直线导轨滑动连接。

进一步地，质量块1设有第一连接杆4a和第二连接杆4b，第一感应强磁铁6a位于第一连接杆4a的端部，第一感应强磁铁6a位于第二连接杆4b的端部。第一连接杆4a和第二连接杆4b均采用不导磁材料制成，不导磁是为了避免第一感应强磁铁6a和第二感应强磁铁6b的磁场相斥，同时避免磁场传递到其他结构上减弱了磁场的强度。

本发明的工作原理为：结构振动带动质量块1共振，质量块1沿着第一直线导轨3a和第二直线导轨3b左右移动，带动感应强磁铁在铜管中往复移动，产生漩涡状感应电流，即电涡流，然后电能转化为热能耗散掉，从而将振动耗散。

本发明还提供一种上述圆筒式电涡流阻尼装置的阻尼调节方法，阻尼装置的阻尼比例系数c采用如下方式计算：

其中，r₁、r₂分别为铜管的内半径和外半径，r₀为感应强磁铁的半径，B₀为感应强磁铁两极表面中心处的磁场强度，ρ为铜管电阻率；

由上述公式可知，调节铜管的内半径、铜管的外半径和感应强磁铁的尺寸，能够实现不同的阻尼系数，从而适应于不同尺寸和荷载重量的结构的减振需求。当然，实际应用中，也可以通过调整感应强磁铁两极表面中心处的磁场强度B₀和铜管电阻率ρ，来调整阻尼比例系数c。

本发明实施例还提供一种桥梁减振结构，用于桥梁的减振，包括上述阻尼装置。

本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种圆筒式电涡流阻尼装置，其特征在于：包括支撑框架（9）、质量块（1）、感应强磁铁、直线导轨和铜管；所述直线导轨的两端与支撑框架（9）固定连接，所述质量块（1）沿直线导轨滑动设置，所述感应强磁铁包括第一感应强磁铁（6a）和第二感应强磁铁（6b），所述铜管包括第一铜管（5a）和第二铜管（5b），所述第一感应强磁铁（6a）和第二感应强磁铁（6b）分别设于质量块（1）的两侧，所述第一铜管（5a）和第二铜管（5b）分别设于支撑框架（9）两侧且相对设置，当质量块（1）振动时，第一感应强磁铁（6a）和第二感应强磁铁（6b）分别在第一铜管（5a）和第二铜管（5b）内往复运动；

所述阻尼装置包括第一调谐弹簧（8a）和第二调谐弹簧（8b），所述第一调谐弹簧（8a）和第二调谐弹簧（8b）分别套设于第一铜管（5a）和第二铜管（5b），所述第一调谐弹簧（8a）和第二调谐弹簧（8b）的两端均分别与支撑框架（9）和质量块（1）连接；

所述阻尼装置还包括第一反向强磁铁（7a）和第二反向强磁铁（7b），所述第一反向强磁铁（7a）和第二反向强磁铁（7b）分别设于支撑框架（9）两侧，且分别位于第一铜管（5a）和第二铜管（5b）内，所述第一反向强磁铁（7a）和第一感应强磁铁（6a）相对的一侧为同一磁极，第二反向强磁铁（7b）和第二感应强磁铁（6b）相对的一侧为同一磁极。

2.如权利要求1所述的圆筒式电涡流阻尼装置，其特征在于：所述直线导轨包括相互平行的第一直线导轨（3a）和第二直线导轨（3b），所述质量块（1）设有第一直线轴承（2a）和第二直线轴承（2b），所述第一直线轴承（2a）套装在第一直线导轨（3a）上，所述第二直线轴承（2b）套装在第二直线导轨（3b）上。

3.如权利要求1所述的圆筒式电涡流阻尼装置，其特征在于：所述第一感应强磁铁（6a）和第二感应强磁铁（6b）相对于质量块（1）的中轴线对称设置，所述第一铜管（5a）和第二铜管（5b）相对于质量块（1）的中轴线对称设置。

4.如权利要求3所述的圆筒式电涡流阻尼装置，其特征在于：所述质量块（1）设有第一连接杆（4a）和第二连接杆（4b），所述第一感应强磁铁（6a）位于第一连接杆（4a）的端部，所述第二感应强磁铁（6b）位于第二连接杆（4b）的端部。

5.如权利要求4所述的圆筒式电涡流阻尼装置，其特征在于：所述第一连接杆（4a）和第二连接杆（4b）均采用不导磁材料制成。

6.如权利要求1所述的圆筒式电涡流阻尼装置，其特征在于：所述支撑框架（9）为方形封闭的中空壳体结构。

7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的圆筒式电涡流阻尼装置的阻尼调节方法，其特征在于：所述阻尼装置的阻尼比例系数c采用如下方式计算：

其中，r₁、r₂分别为铜管的内半径和外半径，r₀为感应强磁铁的半径，B₀为感应强磁铁两极表面中心处的磁场强度，ρ为铜管电阻率；

通过调节铜管的内半径、铜管的外半径和感应强磁铁的尺寸，实现不同的阻尼系数。

8.一种桥梁减振结构，用于桥梁的减振，其特征在于：包括权利要求1-6中任一项所述的阻尼装置。

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