CN108457395B - 采用优化材料的颗粒阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用优化材料的颗粒阻尼器，由带有圆形凹槽的挡板、粘滞液体、弹簧、阻尼器腔体壁、软质聚氨酯泡沫塑料、导轨、天然磁铁、带孔的空心圆球和橡胶组成。阻尼器腔体壁下方与铜板固定形成容器，铜板的两侧有两根导线。在腔体壁的圆柱体外套有直径略大于圆柱体直径的弹簧，腔体壁内侧贴有软质聚氨酯泡沫塑料。容器置于两根导轨之上，容器可沿着导轨方向自由滑动。容器两侧固定有带有圆形凹槽的挡板。导轨和带圆形凹槽的挡板均固定在磁铁上。在风或/和地震等作用下，颗粒会在容器中滚动撞击，容器会在导轨上滑动，压缩弹簧，腔体壁上的圆柱体会在涂有粘滞液体的凹槽中来回移动，通过颗粒的撞击、颗粒内液体的震荡、圆柱体与粘滞液体的相对运动以及铜板在磁场中运动发热来转移并耗散结构的能量。

Description

采用优化材料的颗粒阻尼器
技术领域
本发明涉及采用优化材料的颗粒阻尼器，在容器内放入颗粒，通过颗粒的撞击、颗粒内液体的震荡、圆柱体与粘滞液体的相对运动以及铜板在磁场中运动发热来转移并耗散结构的能量。同时，固定于铜板上的导线可与报警器相连，提醒结构物中的人们逃生。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
近年来，基础隔震、消能减震以及调谐减震控制等被动控制技术由于其概念简单、机理明确在国内外土木工程中得到广泛应用。颗粒阻尼器以其简单可靠并对极端温度不敏感等优点，广泛应用于航空机械等领域，但在土木工程界的应用尚处于起步阶段。它是一种简单而高效的被动控制装置，利用固体颗粒与主体结构碰撞时引起的动量交换和能量耗散来减小系统的振动，具有耐久性好，可靠度高，对温度变化不敏感，易于用在恶劣环境等优点。
为了优化颗粒阻尼器的减震效果，已有相关研究人员结合调谐质量阻尼器提出颗粒调谐质量阻尼器。这种阻尼器改变了颗粒阻尼器与主体结构的固定方式，采用悬吊或采用弹簧固定的方式，大大地提高了颗粒阻尼器的效果。
然而，无论是颗粒阻尼器还是颗粒调谐质量阻尼器，其制造材料大都采用钢材等刚度较大的金属材料，造成碰撞时极大的噪音，损害阻尼器的材料，其减震效果也有待优化。
发明内容
为了优化传统的颗粒阻尼器的减震效果，同时解决颗粒阻尼器大噪音，高加速度和高接触力的问题，本发明的目的在于提出一种优化材料的的颗粒阻尼器。该装置在发挥传统颗粒阻尼器的优势的基础上加以改进，增加能耗的途径，优化耗能效率。与此同时，采用部分刚度较小的材料，使得颗粒撞击腔体壁的同时有一定缓冲的余地，增加了碰撞的接触时间，从而降低了阻尼器的加速度和接触力，增加了阻尼器的寿命。在阻尼器振动较为剧烈的时候，可以输出电信号给报警装置，保护人们的安全。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
本发明提出的一种采用优化材料的颗粒阻尼器，由带有圆形凹槽的挡板1、粘滞液体2、弹簧3、阻尼器腔体壁4、软质聚氨酯泡沫塑料5、铜板6、导轨7、导线8、磁铁9、带孔的空心圆球10、橡胶11以及水12组成，其中：阻尼器腔体壁4为两侧固定有圆柱体的长方体结构，其底部固定于铜板６上方，使阻尼器腔体壁4与铜板6固定形成容器，铜板6的两侧分别设有导线8；在阻尼器腔体壁4的圆柱体外套有直径略大于圆柱体直径的弹簧3，阻尼器腔体壁4内侧贴有软质聚氨酯泡沫塑料5；整个容器置于两根导轨7上方，所述容器可沿着导轨7方向自由滑动；容器的左右两侧固定有带有圆形凹槽的挡板1，圆形凹槽的挡板１内涂有一层粘滞液体2；导轨7和带圆形凹槽的挡板1均固定于磁铁9上方；容器内放置有若干个颗粒，每个颗粒由带孔的空心圆球10、橡胶11和水12组成，空心圆球10的内部装有水12，空心圆球10的壁上开孔，所述橡胶11塞在空心圆球10的孔中；若干个采用优化材料的颗粒阻尼器相互垂直固定在结构的顶层或相对位移较大的地方；在风或/和地震作用下，通过颗粒间的相互撞击、颗粒内水12的震荡、阻尼器腔体壁4与粘滞液体2的相对运动以及铜板6在磁场中运动发热来转移并耗散结构的能量；同时，固定于铜板6上的导线8可与报警器相连，提醒结构物中的人们逃生。
本发明中，阻尼器腔体壁4采用塑料等不导电的材料制成，与下方铜板6通过胶水或钉子连接；空心圆球10采用表面涂有绝缘漆的钢材制成，可用注射器刺过橡胶11向颗粒内加水或抽水，在操作完毕后可用胶水填补孔洞。
本发明中，弹簧3的刚度依据结构的自振频率选择，使得阻尼器腔体壁4的振动频率接近结构的频率。铜板6和导轨7之间涂有润滑油，使两者的滑动摩擦系数较小。
本发明中，弹簧3的直径略大于阻尼器腔体壁4上圆柱体的直径，防止弹簧压缩时失稳。由带有圆形凹槽的挡板1上的圆形凹槽直径略大于阻尼器腔体壁4上圆柱体的直径，保证圆柱体在凹槽内运动时会与粘滞液体2接触。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
（1）本发明一共有四种能耗的途径，采用多种方式耗能，大大提高效率。
（2）硬质的颗粒与软质聚氨酯泡沫塑料碰撞，可以增加动量交换的时间，从而更好的降低结构的响应。同时，硬质材料与软质材料的碰撞，可减小碰撞时的噪音，增加装置的寿命。
（3）采用铜底板和磁铁，可在容器运动过程中，产生电动势，由导线导到外部的报警装置，实时监控结构物的安全。
附图说明
图１为本发明采用优化材料的颗粒阻尼器剖面图；
图２为本发明采用优化材料的颗粒阻尼器的颗粒剖面图；
图３为本发明采用优化材料的颗粒阻尼器的俯视图；
图中标号：1为带有圆形凹槽的挡板、2为粘滞液体、3为弹簧、4为阻尼器腔体壁、5为软质聚氨酯泡沫塑料、6为铜板、7为导轨、8为导线、9为磁铁、10为带孔的空心圆球、11为橡胶、12为水。
具体实施方式
下面结合图1和图2详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1所示，本发明的一种采用优化材料的颗粒阻尼器的实施例，其主要包括带有圆形凹槽的挡板1、粘滞液体2、弹簧3、阻尼器腔体壁4、软质聚氨酯泡沫塑料5、铜板6、导轨7、导线8、磁铁9、带孔的空心圆球10、橡胶11和水12。
阻尼器腔体壁4采用塑料等不导电的材料制成，与下方铜板6采用胶水或钉子连接。铜板6和导轨7之间涂有润滑油，使两者的滑动摩擦系数较小。
如图2所示，颗粒由带孔的空心圆球10、橡胶11和水12组成，橡胶11塞在空心圆球10的孔中，空心圆球10的内部装有水12。空心圆球10采用表面涂有绝缘漆的钢材制成，可用注射器刺过橡胶11向颗粒内加水或抽水，在操作完毕后可用胶水填补孔洞。
弹簧3的刚度依据结构的自振频率选择，使得阻尼器的振动频率接近结构的频率。
弹簧3的直径略大于阻尼器腔体壁4上圆柱体的直径，防止弹簧压缩时失稳。由带有圆形凹槽的挡板1上的圆形凹槽直径略大于阻尼器腔体壁4上圆柱体的直径，保证圆柱体在凹槽内运动时会与粘滞液体2接触。
若干个采用优化材料的颗粒阻尼器相互垂直固定在结构的顶层或相对位移较大的地方；在风或/和地震等作用下，通过颗粒的撞击、颗粒内水12的震荡、圆柱体与粘滞液体2的相对运动以及铜板6在磁场中运动发热来转移并耗散结构的能量。同时，固定于铜板6上的导线8可与报警器相连，提醒结构物中的人们逃生。

Claims (5)

1.一种采用优化材料的颗粒阻尼器，由带有圆形凹槽的挡板（1）、粘滞液体（2）、弹簧（3）、阻尼器腔体壁（4）、软质聚氨酯泡沫塑料（5）、铜板（6）、导轨（7）、导线（8）、磁铁（9）、带孔的空心圆球（10）、橡胶（11）以及水（12）组成，其特征在于：阻尼器腔体壁（4）为两侧固定有圆柱体的长方体结构，其底部固定于铜板（６）上方，使阻尼器腔体壁（4）与铜板（6）固定形成容器，铜板（6）的两侧分别设有导线（8）；在阻尼器腔体壁（4）的圆柱体外套有直径略大于圆柱体直径的弹簧（3），阻尼器腔体壁（4）内侧贴有软质聚氨酯泡沫塑料（5）；整个容器置于两根导轨（7）上方，所述容器可沿着导轨（7）方向自由滑动；容器的左右两侧固定有带有圆形凹槽的挡板（1），圆形凹槽的挡板（1）内涂有一层粘滞液体（2）；导轨（7）和带圆形凹槽的挡板（1）均固定于磁铁（9）上方；容器内放置有若干个颗粒，每个颗粒由带孔的空心圆球（10）、橡胶（11）和水（12）组成，空心圆球（10）的内部装有水（12），空心圆球（10）的壁上开孔，所述橡胶（11）塞在空心圆球（10）的孔中；若干个采用优化材料的颗粒阻尼器相互垂直固定在结构的顶层或相对位移较大的地方；在风或/和地震作用下，通过颗粒间的相互撞击、颗粒内水（12）的震荡、阻尼器腔体壁（4）与粘滞液体（2）的相对运动以及铜板（6）在磁场中运动发热来转移并耗散结构的能量；同时，固定于铜板（6）上的导线（8）可与报警器相连，提醒结构物中的人们逃生。
2.根据权利要求1所述的采用优化材料的颗粒阻尼器，其特征在于：阻尼器腔体壁（4）采用塑料制成，与下方铜板（6）通过胶水或钉子连接；空心圆球（10）采用表面涂有绝缘漆的钢材制成，可用注射器刺过橡胶（11）向颗粒内加水或抽水，在操作完毕后可用胶水填补孔洞。
3.根据权利要求1所述的采用优化材料的颗粒阻尼器，其特征在于：弹簧（3）的刚度依据结构的自振频率选择，使得阻尼器腔体壁（4）的振动频率接近结构的频率，铜板（6）和导轨（7）之间涂有润滑油，使两者的滑动摩擦系数较小。
4.根据权利要求1所述的采用优化材料的颗粒阻尼器，其特征在于：弹簧（3）的直径略大于阻尼器腔体壁（4）上圆柱体的直径，防止弹簧压缩时失稳。
5.由带有圆形凹槽的挡板（1）上的圆形凹槽直径略大于阻尼器腔体壁（4）上圆柱体的直径，保证圆柱体在凹槽内运动时会与粘滞液体（2）接触。
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