CN110453799B - 一种液体阻尼调谐质量阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种液体阻尼调谐质量阻尼器,该减振装置主要由滑轨、弹簧、储液箱、矩形金属摆块组成,用液体阻尼可取代传统TMD(调谐质量阻尼器)中液压粘滞阻尼,适用于高耸建筑、海洋钻井平台、风力机等结构,结构简单、易安装、经济环保。用储液箱中的液体和矩形金属摆块形成的简易装置代替造价昂贵的阻尼器。采用非线性弹簧,减振频带宽。无需外部能源,针对现有的调谐质量阻尼器对振动频率敏感、成本高等问题,提出一种非线性刚度液体阻尼TMD,弹簧系统部分采用非线性弹簧,频带变宽,阻尼系统部分采用液体阻尼,减小安装空间、极大降低成本、既经济又环保。

Description

一种液体阻尼调谐质量阻尼器
技术领域
本发明属于结构振动控制技术领域,具体涉及一种液体阻尼调谐质量阻尼器。
背景技术
随着建筑物高度增高、海洋钻井平台数量增多这些工程结构在外载荷激励下易产生振动,尤其在强风、强浪等极端载荷作用下会导致结构性能劣化、丧失稳定性而发生破坏甚至倒塌。所以需要更简单经济安全的减振装置。
调谐质量阻尼器主要由质量块系统、弹簧系统与阻尼系统组成,由于其结构简单、造价低廉在大型结构抗风、抗震中被广泛采用。阻尼器的抑振效果对结构的振动频率十分敏感,只有当接近共振频率时减振效果明显。现有的阻尼器主要采用固定刚度的弹簧系统,其特征频率基本保持不变,而现实中结构的特征频率和荷载的频率受环境气候等诸多因素的影响时刻变化,容易偏离的频率的敏感区,导致其抑振效果不佳。
例如,专利号2010520088569.8,一种简易液体阻尼TMD的发明专利,利用储液容器内的金属摆块随主结构振动而摆动产生阻尼力,实现减振。虽然结构简单、经济环保,但是存在吸振带宽较窄的问题,专利号201710523153.8,组合式单摆式调谐质量阻尼器结构系统及施工方法的发明专利,结合水箱和单摆式空心钢球,计算机监测结构响应,利用落水管调整水箱和钢球的液体体积,该装置需要16个阻尼器,其中油压粘滞阻尼费用昂贵且该装置安装空间大。
主动控制需要外部能源、可靠性差、作动器质量较大、附加配置多,导致应用受到限制,被动调谐质量阻尼器中液压阻尼、粘滞阻尼存在漏油隐患,维护成本高,且对振动频率十分敏感。
发明内容
本发明的目的是提供一种液体阻尼调谐质量阻尼器,解决了现有技术中存在的粘滞阻尼存在漏油隐患的问题。
本发明采用的方案为,一种液体阻尼调谐质量阻尼器,包括底板,底板上设置有直线滑轨,底板两端设置有侧板,侧板之间设置有储液箱,储液箱两侧通过线性弹簧与侧板相连接,在与线性弹簧垂直的方向,储液箱的外壁通过非线性弹簧与固定的支座相连接,储液箱底部固接有滑块,滑块可沿直线滑轨滑动,储液箱内部设置有溶液,储液箱内壁设置有横杆,横杆通过钢绳连接有矩形金属摆块。
本发明的特点还在于:
矩形金属摆块自然下垂没于溶液中。
直线滑轨通过螺钉固定在底板上。
滑块两侧设置有限位块。
横杆固接在储液箱的顶部中央的位置。
钢绳的长度应使矩形金属摆块不触碰到储液箱内壁为佳。
矩形金属摆块开有若干通孔,通孔由矩形金属摆块中心面向摆板壁面半径逐渐变大。
线性弹簧是螺旋弹簧,线性弹簧的数量设置有多个。
本发明的有益效果为:
该减振装置主要由滑轨、弹簧、储液箱、矩形金属摆块组成,用液体阻尼可取代传统TMD(调谐质量阻尼器)中液压粘滞阻尼,适用于高耸建筑、海洋钻井平台、风力机等结构,结构简单、易安装、经济环保。用储液箱中的液体和矩形金属摆块形成的简易装置代替造价昂贵的阻尼器。采用非线性弹簧,减振频带宽。无需外部能源,针对现有的调谐质量阻尼器对振动频率敏感、成本高等问题,提出一种非线性刚度液体阻尼TMD,弹簧系统部分采用非线性弹簧,频带变宽,阻尼系统部分采用液体阻尼,减小安装空间、极大降低成本、既经济又环保。
附图说明
图1是本发明一种液体阻尼调谐质量阻尼器结构示意图;
图2是一种液体阻尼调谐质量阻尼器俯视图。
图中,1.底板,2.直线滑轨,3螺钉.,4.侧板,5.线性弹簧,6.滑块,7.溶液,8.钢绳,9.横杆,10.矩形金属摆块,11.储液箱,12.支座,13.非线性弹簧,14.限位块,15.通孔。
具体实施方式
以下结合附图对发明作进一步说明:
一种液体阻尼调谐质量阻尼器,如图1所示,包括底板1,底板1上设置有直线滑轨2,底板1两端设置有侧板4,侧板4之间设置有储液箱11,储液箱11两侧通过线形弹簧5与侧板4相连接,在与线性弹簧5垂直的方向,储液箱11的外壁通过非线性弹簧13与固定的支座12相连接,储液箱11底部固接有滑块6,滑块6可沿直线滑轨2滑动,储液箱11内部设置有溶液7,储液箱11内壁设置有横杆9,横杆9通过钢绳8连接有矩形金属摆块10。
矩形金属摆块10自然下垂没于溶液7中。
直线滑轨2通过螺钉3固定在底板1上。
滑块6两侧设置有限位块14。
横杆9固接在储液箱11的顶部中央的位置。
钢绳8的长度应使矩形金属摆块10不触碰到储液箱11内壁为佳。
矩形金属摆块10开有若干通孔15,通孔15由矩形金属摆块10中心面向摆板壁面半径逐渐变大。
线性弹簧5是螺旋弹簧,线性弹簧5的数量设置有多个。
本发明提供一种非线性刚度液体阻尼调谐质量阻尼器,包括质量块系统、液体阻尼系统、弹性系统及直线滑轨。其中,质量块系统又包括储液箱及矩形金属摆板,矩形金属摆板通过钢绳悬挂于储液箱上壁,所述的储液箱内装有液体,矩形金属摆板沉浸在液体中。液体阻尼系统,即利用矩形金属摆板在液体中来回摆动形成阻尼力,其中矩形金属摆板穿有适量孔,液体流过孔时压强增大,耗散更多能量。弹性系统包括用于连接侧板和储液容器的线性刚度的弹簧以及连接支座与储液容器的具有非线性刚度的弹簧,该弹簧平行于直线滑轨。直线滑轨包括滑轨及滑块,滑块与储液箱连接,滑轨固定在底板上。当主结构受到外激励产生振动时,弹簧随之带动储液箱移动,矩形金属摆板随储液箱中溶液摆动,液体穿过摆板中的孔时提供阻尼力,从而达到减振耗能的目的。
本发明的非线性刚度液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征还在于:
储液箱中的液体可以是硅油或其他粘滞液体。所述储液箱为封闭结构,固接在滑块上,直接作为TMD的质量块。储液箱上方设置一横杆,两根钢绳分别一端连接连杆,另一端连接矩形金属摆板,其中矩形金属摆块穿有适量孔,这些孔由矩形金属摆板中心面向边缘壁面半径逐渐变大。矩形金属摆板可以由铁、铜、合金等其他金属材料组成,只要它的密度比溶液的密度要大。
滑轨和底板固接,滑块和储液箱固接。
底板两端分别放置限位块。
弹簧设为两组,一组线性弹簧设置在储液箱与侧板之间,一组非线性弹簧设置在储液箱与支座之间,产生非线性刚度,拓宽频带。
实际上,弹簧系统和储液箱组成了一个TMD(调谐质量阻尼器)系统,当结构受迫振动时,TMD产生一个与结构振动方向相反的惯性力作用在结构上,使结构振动反应衰减,同时将结构的动能部分转化为TMD的动能,通过TMD的的阻尼耗散掉,所述阻尼力由液体流过矩形金属摆板孔提供。
液体加入储液箱组成了一个TLD(调谐液体阻尼器)系统,结构因外激励作用下而产生的振动会带动储液箱一起振动,从而激起储液箱振动,液体晃动对水箱侧壁的动压力反馈作用给结构,从而抑制结构振动。
本发明的工作原理为,利用矩形金属摆板10在溶液7中来回摆动形成阻尼力,其中矩形金属摆板10穿有适量通孔15,溶液7流过通孔15时压强增大,耗散更多能量。弹性系统包括用于连接侧板4和储液箱11的线性刚度的弹簧以及连接支座与储液箱11的具有非线性刚度的弹簧,产生弹性回复力和非弹性回复力,使减振频带变宽。直线滑轨系统包括滑轨2及滑块6,滑块6与储液箱11连接,滑轨2固定在底板1上。当主结构受到外激励产生振动时,弹簧随之带动储液箱移动,产生一个与结构振动方向相反的惯性力。矩形金属摆板10随储液箱11中溶液摆动,溶液7穿过摆板中的通孔15时提供阻尼力,弹簧系统和阻尼系统同时吸收结构振动能量,从而达到减振耗能的目的。

Claims (7)

1.一种液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征在于,包括底板(1),底板(1)上设置有直线滑轨(2),底板(1)两端设置有侧板(4),侧板(4)之间设置有储液箱(11),储液箱(11)两侧通过线性弹簧(5)与侧板(4)相连接,在与线性弹簧(5)垂直的方向,储液箱(11)的外壁通过非线性弹簧(13)与固定的支座(12)相连接,储液箱(11)底部固接有滑块(6),滑块(6)可沿直线滑轨(2)滑动,储液箱(11)内部设置有溶液(7),储液箱(11)内壁设置有横杆(9),横杆(9)通过钢绳(8)连接有矩形金属摆块(10);矩形金属摆块(10)自然下垂没于溶液(7)中。
2.根据权利要求1所述的一种液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征在于:所述的直线滑轨(2)通过螺钉(3)固定在底板(1)上。
3.根据权利要求1所述的一种液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征在于:所述滑块(6)两侧设置有限位块(14)。
4.根据权利要求1所述的一种液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征在于:所述横杆(9)固接在储液箱(11)的顶部中央的位置。
5.根据权利要求1所述的一种液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征在于:所述钢绳(8)的长度应使矩形金属摆块(10)不触碰到储液箱(11)内壁为佳。
6.根据权利要求1所述的一种液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征在于:所述矩形金属摆块(10)开有若干通孔(15),通孔(15)由矩形金属摆块(10)中心面向摆板壁面半径逐渐变大。
7.根据权利要求1所述的一种液体阻尼调谐质量阻尼器,其特征在于:所述线性弹簧(5)是螺旋弹簧,线性弹簧(5)的数量设置有多个。
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