CN109972667B - 一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，包括上连接板、上盖板、环形磁流变弹性体、蝶形弹簧、线圈、第一套筒、下连接板、下底板、永磁体、叠层磁流变弹性体、第二套筒、加速度传感器、DSP控制器、电流驱动器。常态下，由永磁体提供强磁场，保证磁流变弹性体具有较大的初始刚度，即保证系统具有高静态刚度，增加了结构的稳定性，同时由蝶形弹簧、环形磁流变弹性体和叠层磁流变弹性体提供高承载能力；当地震发生时，加速度传感器将震动信号传递给DSP控制器，由DSP控制器控制电流驱动器给线圈供电，线圈提供反向磁场，减小磁流变弹性体刚度，从而减小系统刚度，从而使其能提供较大的水平位移并改变其固有频率，达到减振隔震目的。
Description
技术领域
本发明涉及基础隔震设备，具体涉及一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器。
背景技术
地震的发生具有不确定性和不可预知性，正是由于这样，才会给人们带来巨大的威胁。地震造成破坏的主要原因是，地震输入的巨大能量以波的形式释放出来，造成建筑物剧烈晃动使构件遭到破坏。研究表明，地震隔震的关键在于隔离地震源，而不在于耗散地震能量。最优的隔震效果是能够在避免共震的同时变形只发生在隔震系统中或隔震系统上方的建筑物作整体移动。
最优的隔震系统应具有足够的竖向承载能力、合适的刚度以及具有良好的复位功能，实现最优隔震的方式就是减小隔振器的刚度，使得建筑本身的固有频率可以实时避开地震的主要有害频率范围，从而可以避免共振，并且增加水平变形能力，达到隔震抗震的目的。然而，传统的被动隔震系统和变阻尼系统都不能很好地实现这一目的。
磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支，它是由软铁磁性颗粒和聚合物基体组成，由于其响应快(ms量级)、可逆性好(撤去磁场后，又恢复初始状态)，可以通过调节磁场大小来控制材料的力学、电学、磁学等性能连续变化，兼有磁流变材料和弹性体的优点，又克服了磁流变液易沉降、稳定性差等缺点，因而近年来磁流变弹性体的制备、机理和应用受到越来越多的重视，成为磁流变材料研究的一个热点。磁流变弹性体(Magnetorheological Elastomer，MRE)具备实时可变刚度的特点，可实时改变系统的刚度，从而实时改变系统的固有频率和水平变形能力，切断外界振动传递到系统内部的途径，从根本上达到工程结构隔震的目的。因此，设计高承载及复合工况条件下磁流变弹性体隔震设备，对能否实现智能隔震起到重要作用。
目前，所设计的磁流变弹性体隔震器全部为正刚度磁流变弹性体隔震器，即隔震器的刚度和电流为正相关，比如申请公布号为CN106321702A和CN107013073A的这两个专利，隔震器中唯一的磁场源就是线圈，隔震器的刚度随线圈上电流的增大而增大。但是对于建筑物用磁流变弹性体隔震器的要求是在常态下保持大磁场，从而使其具有大刚度；在地震时，减小磁场，从而减小隔震器的刚度。而对于目前所设计的这种正刚度磁流变弹性体隔震器，想要达到这个效果，就必须要在常态下一直给线圈通电，在地震时，给线圈断电，这样的工作方式将造成巨大的能量损耗并带来一系列的因线圈发热而造成工作不可靠的问题。因此，设计一款刚度与电流为负相关关系的负刚度磁流变弹性体隔震器具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，克服传统叠层橡胶隔震支座只能对特定频率频段的地震起隔震作用，以及当前磁流变弹性体隔震器的刚度与线圈电流只能是正相关的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，包括上连接板、上盖板、环形磁流变弹性体、蝶形弹簧、线圈、第一套筒、下连接板、下底板、永磁体、叠层磁流变弹性体、第二套筒、加速度传感器、DSP控制器、电流驱动器；
所述下底板下端与下连接板相连接，所述下底板凸台顶部与叠层磁流变弹性体相连接；所述第一套筒套在下底板凸台外密切与下底板固接；所述第一套筒分为上下两部分，两部分通过永磁体连接在一起；所述永磁体用于产生初始磁场，第一套筒采用导磁材料制成；所述第二套筒位于第一套筒和下底板凸台之间，采用非导磁材料制成；所述线圈缠绕在第二套筒上；所述上盖板设有向下的凸起结构，其凸起端下端与叠层磁流变弹性体相连接；上盖板上端与连接板相连接；多个环形磁流变弹性体套在上盖板的凸起结构上；所述蝶形弹簧套在环形磁流变弹性体外，且上端与上盖板相连接，下端与第一套筒相连接；所述加速度传感器安装于上连接板上，并与DSP控制器相连接，用于测得震动信号并将其传递给DSP控制器；所述DSP控制器与电流驱动器相连接，由DSP控制器控制电流驱动器对线圈的电流加载。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)本发明的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，由永磁体和线圈构成复合磁场，解决了刚度只能与电流为正相关关系的问题，大大的减小了能量的损耗和线圈发热带来的问题。
(2)本发明的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，使用了蝶形弹簧和环形磁流变弹性体的组合结构，大大的增加了隔震器的承载能力和常态下的静刚度。
(3)本发明的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，使用了加速度传感器、控制器的控制系统，能够在地震发生时自动进入隔震状态。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明：
图1为本发明的一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器示意图。
图2为本发明的一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器的磁场回路图。
具体实施方式
为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
结合图1，本发明的一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，包括上连接板1、上盖板2、环形磁流变弹性体3、蝶形弹簧4、线圈5、第一套筒6、下底板7、下连接板8、永磁体9、叠层磁流变弹性体10、第二套筒11、加速度传感器12、DSP控制器13、电流驱动器14；
所述下底板7为圆柱凸台结构，所述下底板7下端与下连接板8相连接，通过下连接板8安装在地基上；所述下底板7凸台顶部与叠层磁流变弹性体10相连接，用于承载叠层磁流变弹性体10；所述第一套筒6套在下底板7凸台外密切与下底板7固接；所述第一套筒6分为上下两部分，两部分通过永磁体9连接在一起；所述永磁体9用于产生初始磁场，第一套筒6采用导磁材料制成，用于形成导磁回路；由于永磁体9的存在，在永磁体9、第一套筒6、环形磁流变弹性体3、上盖板2、叠层磁流变弹性体10、下底板7之间形成磁场回路，从而增大了环形磁流变弹性体3和叠层磁流变弹性体10的刚度，在没有地震时，环形磁流变弹性体3与叠层磁流变弹性体10均为大刚度状态，增加隔震器的静态刚度和纵向承载能力，达到稳定建筑物的效果；所述第二套筒11位于第一套筒6和下底板7凸台之间，采用非导磁材料制成；所述线圈5缠绕在第二套筒11上，用于产生可调节磁场；在地震发生时，线圈5通电产生与永磁体9反向的可调节大小的磁场，可减小并调节环形磁流变弹性体3与叠层磁流变弹性体10的刚度，从而达到隔震减震的效果；所述上盖板2设有向下的凸起结构，其凸起端下端与叠层磁流变弹性体10相连接，将纵向载荷传递给叠层磁流变弹性体(10)，上盖板2上端与连接板1相连接，上连接板1用于承载建筑物；多个环形磁流变弹性体3套在上盖板2的凸起结构上；所述蝶形弹簧4套在环形磁流变弹性体3外，且上端与上盖板2相连接，下端与第一套筒6相连接，蝶形弹簧4用于承载纵向载荷；所述加速度传感器12安装在上连接板1上，用于获取震动信号并将其传递给DSP控制器13；所述DSP控制器13与电流驱动器14相连接，由DSP控制器12控制电流驱动器14对线圈5的电流加载。
优选的，所述永磁体9为汝铁硼永磁体。
进一步的，所述上盖板2、第一套筒6、下底板8均采用导磁性良好的电工纯铁DT4A。
优选的，所述第二套筒11采用铝制材料。
进一步的，所述叠层磁流变弹性体10包括交替粘结的N层纯铁薄片和M层圆形磁流变弹性体薄片，N≥1，M＝N+1。
进一步的，所述上连接板1与下连接板8均为不导磁材料。
进一步的，所述环形磁流变弹性体3和叠层磁流变弹性体10均选用具有大磁致伸缩系数和低磁晶各向异性的磁性颗粒作为磁性填充颗粒；如Tb1-xDyxFe2合金作为磁性填充颗粒，以704硅橡胶为基体，以二甲基硅油为添加剂，可显著提高相对磁导率。
作为一种实施方式，所述下底板7与叠层磁流变弹性体10之间、上盖板2与叠层磁流变弹性体10之间均为胶结。
进一步的，所述隔震器上还设有加速度传感器12；所述加速度传感器12测得震动信号并将其传给控制器13；所述控制器13控制电流驱动器14对线圈5进行电流加载；所述线圈5产生方向与永磁体9磁场方向相反的磁场，从而减小环形磁流变弹性体3和叠层磁流变弹性体10的刚度，改变了隔震器的固有频率。
本发明的磁流变弹性体的剪切性能测试装置的工作原理如下：
常态下，由于永磁体9的存在，在永磁体9、第一套筒6、环形磁流变弹性体3、上盖板2、叠层磁流变弹性体10、下底板7之间形成磁场回路，从而增大了环形磁流变弹性体3和叠层磁流变弹性体10的刚度，环形磁流变弹性体3与叠层磁流变弹性体10均为大刚度状态，在水平方向上，由环形磁流变弹性体3提供压力阻止上盖板2的水平位移，由叠层磁流变弹性体10提供剪切力阻止上盖板2的水平位移，因此，安装于上连接板1上面的建筑物在水平方向上具有较高的稳定性；在竖直方向上，由环形磁流变弹性体3提供的剪切力、蝶形弹簧4提供的弹力、叠层磁流变弹性体10提供的承载力共同组成对建筑物的纵向承载力。在地震时，由加速度传感器12测得震动信号并将其传给DSP控制器13，进而由DSP控制器13控制电流驱动器14对线圈5进行电流加载，有了加载电流后的的线圈5产生方向与永磁体9产生的磁场方向相反的磁场，抵消原磁场，从而减小环形磁流变弹性体3和叠层磁流变弹性体10的刚度，改变了隔震器的固有频率，同时，环形磁流变弹性体3与叠层磁流变弹性体10均为小刚度状态，此时，环形磁流变弹性体3在水平方向上提供的阻力减小，叠层磁流变弹性体10提供的水平剪切力减小，增加了上连接板2的水平位移能力，达到了隔震减震的目的。
Claims (8)
1.一种复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，包括上连接板(1)、上盖板(2)、环形磁流变弹性体(3)、蝶形弹簧(4)、线圈(5)、第一套筒(6)、下底板(7)、下连接板(8)、永磁体(9)、叠层磁流变弹性体(10)、第二套筒(11)、加速度传感器(12)、DSP控制器(13)、电流驱动器(14)；
所述下底板(7)下端与下连接板(8)相连接，所述下底板(7)凸台顶部与叠层磁流变弹性体(10)相连接；所述第一套筒(6)套在下底板(7)凸台外密切与下底板(7)固接；所述第一套筒(6)分为上下两部分，两部分通过永磁体(9)连接在一起；所述永磁体(9)用于产生初始磁场，第一套筒(6)采用导磁材料制成；所述第二套筒(11)位于第一套筒(6)和下底板(7)凸台之间，采用非导磁材料制成；所述线圈(5)缠绕在第二套筒(11)上；所述上盖板(2)设有向下的凸起结构，其凸起端下端与叠层磁流变弹性体(10)相连接；上盖板(2)上端与连接板(1)相连接；多个环形磁流变弹性体(3)套在上盖板(2)的凸起结构上；所述蝶形弹簧(4)套在环形磁流变弹性体(3)外，且上端与上盖板(2)相连接，下端与第一套筒(6)相连接；所述加速度传感器(12)安装于上连接板(1)上，并与DSP控制器(13)相连接，用于测得震动信号并将其传递给DSP控制器(13)；所述DSP控制器(13)与电流驱动器(14)相连接，由DSP控制器控制电流驱动器对线圈(5)的电流加载。
2.根据权利要求1所述的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，所述永磁体(9)为汝铁硼永磁体。
3.根据权利要求1所述的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，所述上盖板(2)、第一套筒(6)、下底板(7)均采用电工纯铁DT4A。
4.根据权利要求1所述的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，所述叠层磁流变弹性体(10)包括交替粘结的N层纯铁薄片和M层圆形磁流变弹性体薄片，N≥1，M＝N+1。
5.根据权利要求1所述的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，所述上连接板(1)与下连接板(8)均为不导磁材料。
6.根据权利要求1所述的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，所述环形磁流变弹性体(3)和叠层磁流变弹性体(10)均选用具有大磁致伸缩系数和低磁晶各向异性的磁性颗粒作为磁性填充颗粒。
7.根据权利要求1所述的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，所述环形磁流变弹性体(3)和叠层磁流变弹性体(10)的磁性填充颗粒为Tb1-xDyxFe2合金，以704硅橡胶为基体，以二甲基硅油为添加剂。
8.根据权利要求1所述的复合结构磁流变弹性体负刚度隔震器，其特征在于，其上还设有加速度传感器(12)；所述加速度传感器(12)测得震动信号并将其传给控制器(13)；所述控制器(13)控制电流驱动器(14)对线圈(5)进行电流加载；所述线圈(5)产生方向与永磁体(9)磁场方向相反的磁场，从而减小环形磁流变弹性体(3)和叠层磁流变弹性体(10)的刚度，改变了隔震器的固有频率。
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Families Citing this family (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN110344320B (zh) * | 2019-07-12 | 2021-09-03 | 沈阳建筑大学 | 一种磁流变弹性体桥梁支座 |
| CN110344321B (zh) * | 2019-07-12 | 2023-12-15 | 沈阳建筑大学 | 一种多维减隔震智能桥梁支座及其施工方法 |
| CN111946127B (zh) * | 2020-08-19 | 2021-07-30 | 天津城建大学 | 一种具有高竖向承载力的磁流变弹性体智能隔震支座 |
| CN112943838A (zh) * | 2021-01-30 | 2021-06-11 | 上海工程技术大学 | 一种刚度和强度可调节的磁流变弹性体减震器 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101251164A (zh) * | 2008-04-17 | 2008-08-27 | 上海交通大学 | 基于挤压式受力的磁流变弹性体主被动一体减振器 |
| CN104153478A (zh) * | 2014-08-12 | 2014-11-19 | 中国十七冶集团有限公司 | 智能多维减隔震支座 |
| CN204127195U (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-28 | 合肥工业大学 | 双向调节式多层磁流变弹性体减振器 |
| CN104879431A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-09-02 | 大连理工大学 | 一种组合式磁流变弹性体智能隔震支座 |
| CN105909721A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-08-31 | 河海大学 | 一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置 |
| CN107013073A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-08-04 | 南京理工大学 | 复合结构磁流变弹性体隔震器 |
| CN109295844A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-02-01 | 扬州大学 | 一种叠层式磁流变高阻尼弹性体单芯支座 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101251164A (zh) * | 2008-04-17 | 2008-08-27 | 上海交通大学 | 基于挤压式受力的磁流变弹性体主被动一体减振器 |
| CN104153478A (zh) * | 2014-08-12 | 2014-11-19 | 中国十七冶集团有限公司 | 智能多维减隔震支座 |
| CN204127195U (zh) * | 2014-09-11 | 2015-01-28 | 合肥工业大学 | 双向调节式多层磁流变弹性体减振器 |
| CN104879431A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-09-02 | 大连理工大学 | 一种组合式磁流变弹性体智能隔震支座 |
| CN105909721A (zh) * | 2016-05-20 | 2016-08-31 | 河海大学 | 一种串联刚度宽频磁流变智能减振装置 |
| CN107013073A (zh) * | 2017-03-24 | 2017-08-04 | 南京理工大学 | 复合结构磁流变弹性体隔震器 |
| CN109295844A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-02-01 | 扬州大学 | 一种叠层式磁流变高阻尼弹性体单芯支座 |
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