CN110042941B - 一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点 - Google Patents

Abstract

本发明是一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，包括主缸体，所述主缸体内部转动地设有转动核，转动核上分别连接有转动导杆和若干个活塞，主缸体两侧通过侧盖板固定并密封，主缸体内部通过一对密封板形成有密封空间，密封空间内注有阻尼流体，活塞位于密封空间内，转动导杆位于密封空间之外并延伸出主缸体，主缸体外侧连接有固定导杆，转动导杆和固定导杆的外端部通过相应的连接法兰与主体结构连接，转动导杆与固定导杆绕主缸体轴线发生相对转动，引发活塞随转动核在阻尼流体中转动，耗散能量。本发明具有构造简单、转动耗能、流固混合耗能等优点，能够提供较大的阻尼，降低结构在动力灾害作用下的响应，提高结构安全性。

Description

一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点

技术领域

本发明涉及土木工程减振结构技术领域，具体涉及一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点。

背景技术

黏滞流体是一种具有较高耗能能力的流体材料，利用该材料制作的黏滞阻尼减振装置已经在航空航天、先进机械、土木建筑等多个领域广泛应用。该类装置一般会由缸体、活塞、导杆、密封体和黏滞流体等组成。常用的黏滞流体阻尼器的活塞上设有节流孔，当结构体引发导杆运动时，与两端导杆分别相连的活塞和缸体产生相对运动，黏滞流体流经节流孔洞，产生与速度相关的黏滞阻尼力，达到耗散能量的目的。近年来，在土木建筑领域，黏滞流体减振装置已被较多地用于地震、风等动力灾害保护中，已公开的装置中既有沿轴向变形的杆型的装置，如工程结构减振流体阻尼器（ZL200219648.4）、大出力快速响应阻尼器（ZL200920045830.0）等，也有沿剪切向变形的墙形装置，如粘滞阻尼墙（申请号201410262093.5）等。

然而，在土木建筑结构中，常常也需要安装在特殊位置能够对转动变形进行控制的减振装置。当前已公开的转动型减振装置，如内置铅销的扇形转动钢板阻尼器（ZL201810998640.4）、背对式多向耗能阻尼器（ZL201811091112.7）、一种直角转动摩擦大阻尼式耗能阻尼器（ZL201810998583.X）等，此外还有一些文献中公开的转动型粘弹性阻尼器等，均是基于固体耗能原理提出的装置。而已有的一些基于流体耗能原理的黏滞流体材料的转动减振装置，如一种旋转式粘滞流体阻尼器（ZL201210141974.2）等，一方面从构造上无法直接用于土木工程结构的转角控制，另一方面仍是采用常规的流体孔隙耗能原理。

本发明根据土木建筑节点处的转动特点，利用弹性体在流动液体中振动耗能的原理，开发一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，为轴向变形和剪切变形的黏滞阻尼减振装置提供补充，也为土木建筑节点转动提供相对高效率的流体阻尼耗能装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种有别于一般粘滞流体减振装置肘形转动变形的构造方式，同时利用了细长圆柱形弹性体在流动液体中的抖振和涡振传递振动能量，结合弹性体自身的阻尼耗散结构振动能量，用于土木建筑结构动力灾害防护。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，包括主缸体、转动核、侧盖板、转动导杆、固定导杆、活塞、密封板和阻尼流体，所述主缸体内部转动地设有转动核，所述转动核上分别连接有转动导杆和若干个活塞，所述主缸体两侧通过侧盖板固定并密封，所述主缸体内部通过一对密封板形成有密封空间，所述密封空间内注有阻尼流体，所述活塞位于密封空间内，所述转动导杆位于密封空间之外并延伸出主缸体，所述主缸体外侧连接有固定导杆，所述转动导杆和固定导杆的外端部通过相应的连接法兰与主体结构连接，通过转动导杆与固定导杆绕主缸体轴线发生相对转动并驱动转动核，引发活塞随转动核在阻尼流体中转动，从而耗散能量。

进一步的，所述密封板对转动核进行转动限位和密封，所述密封板与转动核之间通过密封圈或油封方式进行密封，所述密封板与主缸体之间通过橡胶圈进行密封，所述活塞与主缸体之间进行油封。

进一步的，所述活塞中设有细长弹性体，所述细长弹性体两端与活塞的连接方式根据刚度需求选择为铰接、刚接或半刚接，细长弹性体随活塞在阻尼流体中转动，进行耗散能量。

进一步的，所述细长弹性体为圆形截面，并由防水外壳、刚度层和阻尼层组成，所述防水外壳设置于细长弹性体最外侧，用于保护刚度层和阻尼层在阻尼流体中正常工作，且防水外壳所形成的外部圆柱形状提供涡激共振发生的条件之一，所述刚度层位于细长弹性体的中间层，刚度层为细长弹性体提供刚度，所述阻尼层设置于细长弹性体最内侧，阻尼层为细长弹性体提供耗散能量的阻尼。

进一步的，通过改变所述细长弹性体的长度、截面尺寸、刚度层、阻尼层、连接形式、以及阻尼流体的种类，调整阻尼特性。

进一步的，所述阻尼流体的物理参数以能够使细长弹性体发生抖振和涡振的液体为宜。

进一步的，所述活塞上开设有阻尼孔，用以调整阻尼特性。

进一步的，所述活塞上的阻尼孔采用圆形孔洞，并在阻尼孔的内壁刻槽，以调整阻尼特性。

本发明的有益效果是:

本发明的肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点具有构造简单、转动耗能、流固混合耗能等优点。整体呈肘形的构造设计，使得本发明可以便利地用于土木建筑结构的转动节点处，降低结构整体动力响应，保护主体结构。利用细长弹性体在液体中相对运动时产生的大幅度振动变形来耗散液体中的能量，使常规固体转动阻尼装置和流体阻尼装置单一的固体或流体耗能转变为流-固耦合耗能，耗能方式更加多元化，流体阻尼节点的阻尼材料选择不再局限于高性能粘滞流体等高成本液体，也为获取非线性流体阻尼特性提供了新的方式，增加了转动型减振装置的设计选择。

附图说明

图1是本发明的外部轮廓示意图；

图2是本发明的结构纵剖面构造示意图；

图3是本发明图2的1-1剖面结构示意图；

图4是本发明的细长弹性体剖面示意图；

图5是本发明的阻尼孔方案纵剖面构造示意图；

图6是本发明图5的阻尼孔方案1-1剖面结构示意图；

图7是本发明的结构安装示意图。

图中标号说明：主缸体1；转动核2；侧盖板3；转动导杆4；固定导杆5；活塞6；密封板7；阻尼流体8；细长弹性体9；防水层91；刚度层92；阻尼层93。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

如图1、图2和图7所示，一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，包括主缸体1、转动核2、侧盖板3、转动导杆4、固定导杆5、活塞6、密封板7和阻尼流体8，所述主缸体1内部转动地设有转动核2，所述转动核2上分别连接有转动导杆4和若干个活塞6，所述主缸体1两侧通过侧盖板3固定并密封，所述主缸体1内部通过一对密封板7形成有密封空间，所述密封空间内注有阻尼流体8，所述活塞6位于密封空间内，所述转动导杆4位于密封空间之外并延伸出主缸体1，所述主缸体1外侧连接有固定导杆5，所述转动导杆4和固定导杆5的外端部通过相应的连接法兰与主体结构连接，在本实施例中，主体结构为本领域常规的框架结构或其他常规形式的结构，通过转动导杆4与固定导杆5绕主缸体1轴线发生相对转动并驱动转动核2，引发活塞6随转动核2在阻尼流体8中转动，从而耗散能量。

所述密封板7对转动核2进行转动限位和密封，所述密封板7与转动核2之间通过密封圈或油封方式进行密封，所述密封板7与主缸体1之间通过橡胶圈进行密封，所述活塞6与主缸体1之间进行油封，外表面镀硬铬。

在本实施例中，主缸体1采用高强度合金钢无缝钢管，并对其内表面采用冷挤压工艺，增强耐磨性，防止在工作过程中被活塞拉毛或划伤产生泄漏；转动核2也采用高强度合金钢无缝钢管，并对其内、外表面镀硬铬，增强其强度、耐磨性和抗腐蚀能力；转动导杆4和固定导杆5采用高强度合金实心导杆，外表面镀硬铬，增强其强度、耐磨性和抗腐蚀能力，避免导杆表面的磨损。

如图2和图3所示，所述活塞6中设有细长弹性体9，所述细长弹性体9两端与活塞6的连接方式根据刚度需求选择为铰接、刚接或半刚接，细长弹性体9随活塞6在阻尼流体8中转动，进行耗散能量。

如图4所示，所述细长弹性体9为圆形截面，并由防水外壳91、刚度层92和阻尼层93组成，所述防水外壳91设置于细长弹性体9最外侧，用于保护刚度层92和阻尼层93在阻尼流体8中正常工作，且防水外壳91所形成的外部圆柱形状提供涡激共振发生的条件之一，所述刚度层92位于细长弹性体9的中间层，刚度层92为细长弹性体9提供刚度，可根据需要选择钢材、铝材等，所述阻尼层93设置于细长弹性体9最内侧，阻尼层93为细长弹性体9提供耗散能量的阻尼，可选用铅、高阻尼橡胶等耗能材料。

在本实施例中，细长弹性体9所在的活塞6在主缸体1内运动时，由于主缸体1内的阻尼流体8存在，使得细长弹性体9发生由抖振和涡振引起的大幅振动，导致运动能量传递到细长弹性体9，并由细长弹性体9中的阻尼层93耗散能量，提供阻尼力，通过改变所述细长弹性体9的长度、截面尺寸、刚度层92、阻尼层93、连接形式、以及阻尼流体8的种类，调整阻尼特性。

所述阻尼流体8的物理参数以能够使细长弹性体9发生抖振和涡振的液体为宜。

如图5和图6所示，这是本发明结构的另一种实施方式，在所述活塞6上开设有若干个阻尼孔，用以调整阻尼特性。

所述活塞6上的阻尼孔采用圆形孔洞，并在阻尼孔的内壁刻槽，以调整阻尼特性。

以下结合上述技术方案和附图详述本发明在具体安装使用时的实施步骤：

1）对结构进行分析，计算所需要的阻尼节点参数，据此确定流体阻尼节点主缸体1、转动核2、活塞6和细长弹性体9等部件的几何参数。

2）加工细长圆柱形的阻尼层93，在其外面套上或包裹刚度层92，最后在刚度层92外套上防水层91，组装成细长弹性体9；加工活塞6，并根据设计所需要的连接方式将细长弹性9体安装于活塞6内。

3）加工主缸体1，安装并固定一侧的侧盖板3，在设计位置通过卡槽安装密封板7，并固定，通过螺纹槽拧入等方式连接固定导杆5与主缸体1。

4）加工转动核2，将活塞6安装固定在转动核2的对应位置，通过螺纹槽拧入等方式连接转动导杆4与转动核2。

5）将已连接在一起的转动核2、活塞6等整体放入主缸体1，密封板7与转动核2之间通过密封圈和油封的方式进行密封，与主缸体1和侧盖板之间通过橡胶圈密封；活塞6与主缸体1和侧盖板3之间进行油封。

6）灌入阻尼流体8，并盖上另一侧侧盖板3，进行接口密封

本发明原理

本发明中中，主体结构的振动引起了连接于主体结构的连接法兰相对转动，导致转动核2绕主缸体1轴线转动，带动活塞6转动，因此细长弹性体9随着活塞6在阻尼流体8中运动，从而引发了细长弹性体9的抖振。土木建筑结构的振动往往由某些主要频率成分的振动叠加而成，活塞6与阻尼流体8的相对转动保持在某个特定的角速度范围内，从而可以诱发特殊设计的细长弹性体9的涡激共振。通过这两种弹性体振动的形式，将结构振动的能量传递给细长弹性体9，并通过细长弹性体9中阻尼层93的大幅变形耗散振动能量，并提供阻尼力，降低结构振动响应，保护主体结构在地震、风等动力灾害下的安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，其特征在于，包括主缸体(1)、转动核(2)、侧盖板(3)、转动导杆(4)、固定导杆(5)、活塞(6)、密封板(7)和阻尼流体(8)，所述主缸体(1)内部转动地设有转动核(2)，所述转动核(2)上分别连接有转动导杆(4)和若干个活塞(6)，所述主缸体(1)两侧通过侧盖板(3)固定并密封，所述主缸体(1)内部通过一对密封板(7)形成有密封空间，所述密封空间内注有阻尼流体(8)，所述活塞(6)位于密封空间内，所述转动导杆(4)位于密封空间之外并延伸出主缸体(1)，所述主缸体(1)外侧连接有固定导杆(5)，所述转动导杆(4)和固定导杆(5)的外端部通过相应的连接法兰与主体结构连接，通过转动导杆(4)与固定导杆(5)绕主缸体(1)轴线发生相对转动并驱动转动核(2)，引发活塞(6)随转动核(2)在阻尼流体(8)中转动，从而耗散能量，所述活塞(6)中设有细长弹性体(9)，所述细长弹性体(9)两端与活塞(6)的连接方式根据刚度需求选择为铰接、刚接或半刚接，细长弹性体(9)随活塞(6)在阻尼流体(8)中转动，进行耗散能量，所述细长弹性体(9)为圆形截面，并由防水外壳(91)、刚度层(92)和阻尼层(93)组成，所述防水外壳(91)设置于细长弹性体(9)最外侧，用于保护刚度层(92)和阻尼层(93)在阻尼流体(8)中正常工作，且防水外壳(91)所形成的外部圆柱形状提供涡激共振发生的条件之一，所述刚度层(92)位于细长弹性体(9)的中间层，刚度层(92)为细长弹性体(9)提供刚度，所述阻尼层(93)设置于细长弹性体(9)最内侧，阻尼层(93)为细长弹性体(9)提供耗散能量的阻尼，所述活塞(6)上开设有阻尼孔，用以调整阻尼特性。

2.根据权利要求1所述的肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，其特征在于，所述密封板(7)对转动核(2)进行转动限位和密封，所述密封板(7)与转动核(2)之间通过密封圈或油封方式进行密封，所述密封板(7)与主缸体(1)之间通过橡胶圈进行密封，所述活塞(6)与主缸体(1)之间进行油封。

3.根据权利要求1所述的肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，其特征在于，通过改变所述细长弹性体(9)的长度、截面尺寸、刚度层(92)、阻尼层(93)、连接形式、以及阻尼流体(8)的种类，调整阻尼特性。

4.根据权利要求3所述的肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，其特征在于，所述阻尼流体(8)的物理参数以能够使细长弹性体(9)发生抖振和涡振的液体为宜。

5.根据权利要求1所述的肘形弹性体振动耗能转动型流体阻尼节点，其特征在于，所述活塞(6)上的阻尼孔采用圆形孔洞，并在阻尼孔的内壁刻槽，以调整阻尼特性。