CN110593429A - 一种自适应变摩擦阻尼装置及自适应变摩擦阻尼方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于减震耗能装置技术领域，特别涉及一种适应地震环境的自适应变摩擦阻尼装置及自适应变摩擦阻尼方法。所述摩擦阻尼装置用于抵抗地震中的地震载荷；所述摩擦阻尼装置包括第一滑动板、第二滑动板、第一固定板、第二固定板、第一主摩擦板、第二主摩擦板和芯板；所述第一固定板、第一滑动板、芯板、第二滑动板和第二固定板层叠设置；所述第一主摩擦板和第二主摩擦板对称镶嵌在所述芯板的上下两面。所述摩擦阻尼装置采用反向不连续斜坡面结构设计，通过三角位置斜坡面受力布局方式，使固定板和斜坡板在斜面相互作用时受力更均匀、稳定，可以容易实现拉、压双向运动时变阻尼力输出，可以依靠自身凹凸结构实现双行程限位功能，具有很好的工程实用性。

Description

一种自适应变摩擦阻尼装置及自适应变摩擦阻尼方法

技术领域

本发明属于减震耗能装置技术领域，特别涉及一种适应地震的自适应变摩擦阻尼装置及自适应变摩擦阻尼方法。

背景技术

地震作为突发性自然灾害对人们的生命财产造成严重损害，带来的经济损失更是不计其数，为此，在工程实践中采用抗震结构设计成为众多学者和工程师长期研究的一个重要领域，其意义和作用不言而喻。

摩擦阻尼装置作为一种具有结构简单、耗能能力强、造价成本相对低廉等优点的减震耗能装置，在高层房屋建筑、大型体育馆、大跨度桥梁等工程设施中应用较为广泛。传统的摩擦阻尼装置主要是通过预先设定的预紧力产生恒定阻尼力来抵抗地震载荷，此种方式阻尼力输出单一。随着人们对耗能结构性能要求的提高，获得能够同时满足不同烈度地震条件下的减震耗能结构装置越来越受到重视，然而，传统的摩擦阻尼装置阻具有尼力输出单一、无承受偏载荷功能、无法满足不同强度地震下减震、消能要求等问题。

综上，针对以上缺点，需要提供一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种自适应变摩擦阻尼装置及自适应变摩擦阻尼方法，所述摩擦阻尼装置采用反向不连续斜坡面结构设计，通过三角位置斜坡面受力布局方式，使固定板和斜坡板在斜面相互作用时受力更均匀、稳定，可以容易实现拉、压双向运动时变阻尼力输出，可以依靠自身凹凸结构实现双行程限位功能，具有很好的工程实用性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种自适应变摩擦阻尼装置，所述摩擦阻尼装置用于抵抗地震中的地震载荷；所述摩擦阻尼装置包括第一滑动板、第二滑动板、第一固定板、第二固定板、第一主摩擦板、第二主摩擦板和芯板；

所述第一固定板、第一滑动板、芯板、第二滑动板和第二固定板层叠设置；

所述第一主摩擦板和第二主摩擦板对称镶嵌在所述芯板的上下两面。

进一步地，所述第一滑动板和第二滑动板均包括均设置在面向所述第一固定板或第二固定板的一面的若干滑动板平直面和滑动板斜坡面；

所述滑动板平直面包括两个滑动板平直面一、一个滑动板平直面三、一个滑动板平直面六、两个滑动板平直面七；

所述滑动板斜坡面包括两个滑动板斜坡面二、两个滑动板斜坡面四、一个滑动板斜坡面五和一个滑动板斜坡面八；

所述滑动板斜坡面八、一个所述滑动板平直面七、所述滑动板平直面三、另一个所述滑动板平直面七、所述滑动板斜坡面五和所述滑动板平直面六依次设置，两个所述滑动板平直面一分设在所述滑动板斜坡面八两侧，两个所述滑动板斜坡面二分设在所述滑动板斜坡面八两侧，所述滑动板平直面一与所述滑动板斜坡面二连接、且所述滑动板斜坡面二与滑动板平直面三连接，两个所述滑动板斜坡面四分设在所述滑动板斜坡面五两侧。

进一步地，所述滑动板斜坡面二和滑动板斜坡面五倾斜方向相同，用于受拉时与固定板对应的斜坡面贴合；所述滑动板斜坡面四和滑动板斜坡面八倾斜方向相同，且与滑动板斜坡面二/斜坡面五倾斜方向相反，用于受压时与固定板对应的斜坡面贴合。

进一步地，所述第一固定板和第二固定板均包括均设置在面向所述第一滑动板或第二滑动板的一面的若干固定板平直面和固定板斜坡面；

所述固定板平直面包括两个固定板平直面一、一个固定板平直面三、一个固定板平直面六和两个固定板平直面七；

所述固定板斜坡面包括两个固定板斜坡面二、两个固定板斜坡面四、一个固定板斜坡面五和一个固定板斜坡面八；

所述固定板平直面六、固定板斜坡面五、一个固定板平直面七、固定板平直面三、另一个固定板平直面七、固定板斜坡面八依次排列设置，两个所述固定板平直面一分设在所述固定板斜坡面八两侧，两个所述固定板斜坡面二分设在所述固定板斜坡面八两侧，所述固定板平直面一与所述固定板斜坡面二连接、且所述固定板斜坡面二与固定板平直面三连接，两个所述固定板斜坡面四分设在所述固定板斜坡面五两侧。

进一步地，所述固定板斜坡面二和固定板斜坡面五倾斜方向相同；固定板斜坡面四与固定板斜坡面八倾斜方向相同，与固定板斜坡面二/固定板斜坡面五倾斜方向相反。

进一步地，所述滑动板斜坡面二与固定板斜坡面二的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面四与固定板斜坡面四的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面五与固定板斜坡面五的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面八与所述固定板斜坡面八的斜坡倾斜方向相反；斜坡倾斜方向相反的设置使所述滑动板斜坡面与固定板斜坡面形成凹凸结构以实现双行程限位功能。

进一步地，所述滑动板斜坡面八与所述固定板斜坡面八相对设置且错开一个设定的距离，该距离根据所述摩擦阻尼装置的使用环境的不同而设定的。

进一步地，两个所述滑动板斜坡面二、滑动板平直面三和两个滑动板斜坡面四上分别开设有若干椭圆形滑行槽；

所述摩擦阻尼装置还包括若干组蝶形弹簧、预紧螺栓和预紧螺母；

所述预紧螺栓穿过所述第一固定板/第二固定板与所述椭圆形滑行槽配合；

所述预紧螺母设置在所述预紧螺栓上用于固定所述预紧螺栓，所述预紧螺母下端面和预紧螺栓头上端面与第一固定板/第二固定板之间设置蝶形弹簧；

将预紧螺母、预紧螺栓预紧后，所述摩擦阻尼装置受到外载荷时，外载荷压缩蝶形弹簧产生一定量的预变形，使摩擦阻尼装置保持初始恒定阻尼力；当作用在摩擦阻尼装置上的外载荷小于初始阻尼力时，固定板和滑动板之间未起滑，对所述摩擦阻尼装置周围的连接结构起到刚性支撑作用；当作用在摩擦阻尼装置上的外载荷大于初始阻尼力时，固定板和滑动板之间起滑，对周围与所述摩擦阻尼装置连接的结构起到减震、消能作用。

进一步地，所述椭圆形滑行槽的单向行程距离大于滑动板设计行程位移的最大值，不再通过所述预紧螺栓与椭圆形滑行槽配合限位，而是依靠摩擦阻尼装置中固定板上斜坡面形成的凸台结构与滑动板上斜坡面的凹槽结构接触实现双行程限位功能。

进一步地，所述第一固定板、第二固定板上所有斜坡面的坡比与所述第一滑动板、所述第二滑动板上所有斜坡面的坡比相同。

进一步地，所述第一滑动板和所述第二滑动板上所有斜坡面的面积均相同。

进一步地，所述第一固定板和所述第二固定板上所有斜坡面的面积均相同。

进一步地，所述摩擦阻尼装置的工作原理是：

在初始位置，滑动板平直面一、滑动板平直面三、滑动板平直面六和滑动板平直面七相应地与固定板平直面一、固定板平直面三、固定板平直面六和固定板平直面七接触贴合，固定板和滑动板之间相应的斜坡面均不接触；当摩擦阻尼装置起滑时，先在贴合的滑动板上相应平直面滑移一定距离，当外部载荷继续增大时，摩擦阻尼装置将进入斜坡面工作；

进入斜坡面有两种情况：

一种是：当摩擦阻尼装置受拉进入斜坡面后，由于斜坡面方向相反，滑动板斜坡面二与固定板斜坡面二接触贴合、滑动板斜坡面五与固定板斜坡面五接触贴合，接触贴合面形成三角形；固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；在斜坡面作用下，滑动板不断挤压并抬升固定板，使蝶形弹簧的变形进一步增大，同时滑动板与主摩擦板之间接触面间正压力相应增大，摩擦阻尼装置输出的阻尼力也随之增大；当摩擦阻尼装置的滑动距离等于摩擦阻尼装置设计行程位移最大值(所述滑动板斜坡面八与所述固定板斜坡面八错开的距离)时，由于摩擦阻尼装置自身凹凸结构的限位作用，摩擦阻尼装置达到单向滑动极限位置；

另一种是：当摩擦阻尼装置受压进入斜坡面后，由于斜坡面方向相反，滑动板斜坡面四与固定板斜坡面四接触贴合、滑动板斜坡面八与固定板斜坡面八接触贴合，接触贴合面形成三角形；固定板(所述第一固定板和第二固定板)和滑动板(所述第一滑动板和第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；在斜坡面作用下，摩擦阻尼装置具有与受拉时相同的作用；

摩擦阻尼装置在受拉或受压载荷条件下，均可实现变阻尼力输出。由于方向相反斜坡面的设计，固定板和滑动板上的斜坡面之间存在“台阶”(凹凸)结构现象，使摩擦阻尼装置具有在滑行平面内垂直于运动方向的限位功能，并且能够承受偏载荷作用。

进一步地，本发明中涉及的固定板包括所述第一固定板和所述第二固定板。

进一步地，本发明中涉及的滑动板包括所述第一滑动板和所述第二滑动板。

进一步地，所述固定板、滑动板和主摩擦板的个数均为大于2的偶数个；固定板和滑动板交替设置，并以所述芯板为中心对称安装。

本发明的另一目的在于提供一种如前所述的自适应变摩擦阻尼装置的摩擦阻尼方法；所述摩擦阻尼方法包括以下内容：

所述摩擦阻尼装置根据所受外载荷的大小进行自适应变摩擦阻尼；

当所述外载荷小于或等于所述摩擦阻尼装置自身的最大静摩擦力时，所述摩擦阻尼装置未起滑，对其周围的结构起刚性支撑作用；

当所述外载荷大于所述摩擦阻尼装置自身的最大静摩擦力并持续增大时，所述摩擦阻尼装置起滑：

所述摩擦阻尼装置首先进入平面段滑行，所述固定板平直面三和滑动板平直面三之

间接触滑行，固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第

二滑动板)的其余面之间处于分离状态；

经平面段滑行后，所述摩擦阻尼装置其次进入斜坡面双行程限位。

进一步地，所述斜坡面双行程限位根据所述外载荷的类型进行限位：

所述外载荷为拉伸载荷时，所述固定板斜坡面二与滑动板斜坡面二接触滑行、同时所述固定板斜坡面五与滑动板斜坡面五接触滑行，固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；其限位原理是：由于斜坡面的楔形作用，滑动斜坡面板不断挤压并抬升固定斜坡面板，进而使与固定斜坡面板表面接触的蝶形弹簧变形增大，所述摩擦阻尼装置所受正压力增大，其输出的摩擦阻尼力也随之线性增大；所述摩擦阻尼装置在斜坡面滑行一段距离后，所述滑动斜坡面二凹陷处形成的凹槽与所述固定斜坡面二凸起处形成的凸台接触后限位，此时，摩擦阻尼器单向滑行位移达到最大、输出阻尼力同时达到最大值；

所述外载荷为受压缩载荷时，所述固定板斜坡面四与滑动板斜坡面四接触滑行、同时所述固定板斜坡面八与滑动板斜坡面八接触滑行，固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；限位原理与所述外载荷为拉伸载荷时的限位原理相同。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明采用反向不连续斜坡面结构设计，通过三角位置斜坡面受力布局方式，使固定板和滑动板在斜面相互作用时受力更均匀、稳定，可以容易实现拉、压双向运动时变阻尼力输出，具有很好的工程实用性。

2、本发明采用反向斜坡面结构设计，使相邻斜坡面间存在“台阶”结构现象，利用此结构特征，摩擦阻尼装置可实现滑行平面内横向限位功能，并且能够承受偏载荷作用。

3、本发明通过合理结构设计，在螺栓杆与滑行槽不发生接触碰撞情况下，依靠摩擦阻尼装置自身凹凸台结构(固定板和滑动板上的斜坡板形成)实现双向行程限位功能。

4、本发明在结构设计中利用有限的结构空间，通过增加摩擦板与滑动板间的接触面数量来增大摩擦阻尼装置整机摩擦耗能面面积，从而提高摩擦阻尼装置在相同条件下的摩擦耗能能力。

5、本发明既吸收了传统摩擦阻尼装置取材容易，造价成本低廉、消能能力强、性能受荷载及其频率大小影响较小等优点，又克服了传统摩擦阻尼装置阻尼力输出单一、无法满足不同烈度地震条件下摩擦阻尼装置消能的要求，具有摩擦消能过程中滞回曲线特性更加稳定、相同条件下耗能能力更强、可承受小震、中震和大震的地震载荷等特点。

附图说明

图1为本发明实施例中的一种自适应变摩擦阻尼装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中固定板与滑动板结合面各自的结构示意图。

图3(a)为本发明实施例中摩擦阻尼装置处于平面段滑行阶段时固定板和滑动板之间相关面之间是否接触的状态示意图。

图3(b)为本发明实施例中摩擦阻尼装置处于平面段滑行阶段时固定板和滑动板之间接触的面的示意图。

图4(a)为本发明实施例中摩擦阻尼装置受拉伸载荷进入斜坡面阶段时固定板和滑动板之间相关面之间是否接触的状态示意图。

图4(b)为本发明实施例中摩擦阻尼装置受拉伸载荷进入斜坡面阶段时固定板和滑动板之间接触的面的示意图。

图5(a)为本发明实施例中摩擦阻尼装置受压缩载荷进入斜坡面阶段时固定板和滑动板之间相关面之间是否接触的状态示意图。

图5(b)为本发明实施例中摩擦阻尼装置受压缩载荷进入斜坡面阶段时固定板和滑动板之间接触的面的示意图。

其中：1-第一滑动板；2-第二滑动板；3-第一固定板；4-第二固定板；5-第一主摩擦板；6-第二主摩擦板；7-芯板；8-蝶形弹簧；9-预紧螺栓；10-预紧螺母；a1-滑动板平直面一；a2-滑动板斜坡面二；a3-滑动板平直面三；a4-滑动板斜坡面四；a5-滑动板斜坡面五；a6-滑动板平直面六；a7-滑动板平直面七；a8-滑动板斜坡面八；b1-固定板平直面一；b2-固定板斜坡面二；b3-固定板平直面三；b4-固定板斜坡面四；b5-固定板斜坡面五；b6-固定板平直面六；b7-固定板平直面七；b8-固定板斜坡面八。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例及说明书附图，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效教学方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本实施例提出一种自适应变摩擦阻尼装置，如图1所示，所述摩擦阻尼装置用于抵抗地震中的地震载荷；所述摩擦阻尼装置包括第一滑动板、第二滑动板、第一固定板、第二固定板、第一主摩擦板、第二主摩擦板和芯板；

所述第一固定板、第一滑动板、芯板、第二滑动板和第二固定板层叠设置；

所述第一主摩擦板和第二主摩擦板对称镶嵌在所述芯板的上下两面。

如图2所示，所述第一滑动板和第二滑动板均包括均设置在面向所述第一固定板或第二固定板的一面的若干滑动板平直面和滑动板斜坡面；

所述滑动板平直面包括两个滑动板平直面一、一个滑动板平直面三、一个滑动板平直面六、两个滑动板平直面七；

所述滑动板斜坡面包括两个滑动板斜坡面二、两个滑动板斜坡面四、一个滑动板斜坡面五和一个滑动板斜坡面八；

所述滑动板斜坡面八、一个所述滑动板平直面七、所述滑动板平直面三、另一个所述滑动板平直面七、所述滑动板斜坡面五和所述滑动板平直面六依次设置，两个所述滑动板平直面一分设在所述滑动板斜坡面八两侧，两个所述滑动板斜坡面二分设在所述滑动板斜坡面八两侧，所述滑动板平直面一与所述滑动板斜坡面二连接、且所述滑动板斜坡面二与滑动板平直面三连接，两个所述滑动板斜坡面四分设在所述滑动板斜坡面五两侧。

所述滑动板斜坡面二和滑动板斜坡面五倾斜方向相同，用于受拉时与固定板对应的斜坡面贴合；所述滑动板斜坡面四和滑动板斜坡面八倾斜方向相同，且与滑动板斜坡面二/斜坡面五倾斜方向相反，用于受压时与固定板对应的斜坡面贴合。

所述第一固定板和第二固定板均包括均设置在面向所述第一滑动板或第二滑动板的一面的若干固定板平直面和固定板斜坡面；

所述固定板平直面包括两个固定板平直面一、一个固定板平直面三、一个固定板平直面六和两个固定板平直面七；

所述固定板斜坡面包括两个固定板斜坡面二、两个固定板斜坡面四、一个固定板斜坡面五和一个固定板斜坡面八；

所述固定板平直面六、固定板斜坡面五、一个固定板平直面七、固定板平直面三、另一个固定板平直面七、固定板斜坡面八依次排列设置，两个所述固定板平直面一分设在所述固定板斜坡面八两侧，两个所述固定板斜坡面二分设在所述固定板斜坡面八两侧，所述固定板平直面一与所述固定板斜坡面二连接、且所述固定板斜坡面二与固定板平直面三连接，两个所述固定板斜坡面四分设在所述固定板斜坡面五两侧。

所述固定板斜坡面二和固定板斜坡面五倾斜方向相同；固定板斜坡面四与固定板斜坡面八倾斜方向相同，与固定板斜坡面二/固定板斜坡面五倾斜方向相反。

所述滑动板斜坡面二与固定板斜坡面二的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面四与固定板斜坡面四的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面五与固定板斜坡面五的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面八与所述固定板斜坡面八的斜坡倾斜方向相反；斜坡倾斜方向相反的设置使所述滑动板斜坡面与固定板斜坡面形成凹凸结构以实现双行程限位功能。

所述滑动板斜坡面八与所述固定板斜坡面八相对设置且径向错开设定的距离，该距离根据所述摩擦阻尼装置的使用环境的不同而设定的；在本实施例中，该距离设定为10mm。

两个所述滑动板斜坡面二、滑动板平直面三和两个滑动板斜坡面四上分别开设有若干椭圆形滑行槽；

所述摩擦阻尼装置还包括若干组蝶形弹簧、预紧螺栓和预紧螺母；

所述预紧螺栓穿过所述第一固定板/第二固定板与所述椭圆形滑行槽配合；

所述预紧螺母设置在所述预紧螺栓上用于固定所述预紧螺栓，所述预紧螺母下端面和预紧螺栓头上端面与第一固定板/第二固定板之间设置蝶形弹簧；

将预紧螺母、预紧螺栓预紧后，所述摩擦阻尼装置受到外载荷时，外载荷压缩蝶形弹簧产生一定量的预变形，使摩擦阻尼装置保持初始恒定阻尼力；当作用在摩擦阻尼装置上的外载荷小于初始阻尼力时，固定板和滑动板之间未起滑，对所述摩擦阻尼装置周围的连接结构起到刚性支撑作用；当作用在摩擦阻尼装置上的外载荷大于初始阻尼力时，固定板和滑动板之间起滑，对周围与所述摩擦阻尼装置连接的结构起到减震、消能作用。

所述椭圆形滑行槽的单向行程距离大于滑动板设计行程位移的最大值，不再通过所述预紧螺栓与椭圆形滑行槽配合限位，而是依靠摩擦阻尼装置中固定板上斜坡面形成的凸台结构与滑动板上斜坡面的凹槽结构接触实现双行程限位功能。

所述第一固定板、第二固定板上所有斜坡面的坡比与所述第一滑动板、所述第二滑动板上所有斜坡面的坡比相同。

所述第一滑动板和所述第二滑动板上所有斜坡面的面积均相同。

所述第一固定板和所述第二固定板上所有斜坡面的面积均相同。

在其他实施例中，所述固定板、滑动板和主摩擦板的个数均为大于2的偶数个；固定板和滑动板交替设置，并以所述芯板为中心对称安装。

该摩擦阻尼装置的原理如下：

在初始位置，滑动板平直面一、滑动板平直面三、滑动板平直面六和滑动板平直面七相应地与固定板平直面一、固定板平直面三、固定板平直面六和固定板平直面七接触贴合，固定板和滑动板之间相应的斜坡面均不接触；当摩擦阻尼装置起滑时，先在贴合的滑动板上相应平直面滑移一定距离，当外部载荷继续增大时，摩擦阻尼装置将进入斜坡面工作；

进入斜坡面有两种情况：

一种是：当摩擦阻尼装置受拉进入斜坡面后，由于斜坡面方向相反，滑动板斜坡面二与固定板斜坡面二接触贴合、滑动板斜坡面五与固定板斜坡面五接触贴合，接触贴合面形成三角形；固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；在斜坡面作用下，滑动板不断挤压并抬升固定板，使蝶形弹簧的变形进一步增大，同时滑动板与主摩擦板之间接触面间正压力相应增大，摩擦阻尼装置输出的阻尼力也随之增大；当摩擦阻尼装置的滑动距离等于摩擦阻尼装置设计行程位移最大值(所述滑动板斜坡面八与所述固定板斜坡面八错开的距离)时，由于摩擦阻尼装置自身凹凸结构的限位作用，摩擦阻尼装置达到单向滑动极限位置；

另一种是：当摩擦阻尼装置受压进入斜坡面后，由于斜坡面方向相反，滑动板斜坡面四与固定板斜坡面四接触贴合、滑动板斜坡面八与固定板斜坡面八接触贴合，接触贴合面形成三角形；固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；在斜坡面作用下，摩擦阻尼装置具有与受拉时相同的作用；

摩擦阻尼装置在受拉或受压载荷条件下，均可实现变阻尼力输出。由于方向相反斜坡面的设计，固定板和滑动板上的斜坡面之间存在“台阶”(凹凸)结构现象，使摩擦阻尼装置具有在滑行平面内垂直于运动方向的限位功能，并且能够承受偏载荷作用。

如图3(a)和图3(b)所示，其中，I、II、III、IV、Ⅴ五个部位的局部视图均按4:1比例放大绘制，初始状态，滑动板平直面一、滑动板平直面三、滑动板平直面六、滑动板平直面七分别对应地与固定板平直面一、固定板平直面三、固定板平直面六、固定板平直面七接触贴合，其余面均不接触；当摩擦阻尼装置起滑后，滑动板先平移一定距离，当外部载荷继续增大时，摩擦阻尼装置将进入斜坡段工作。

如图4(a)和图4(b)所示，当摩擦阻尼装置受拉伸载荷进入斜坡段时，由于固定板和滑动板之间的相应斜坡面方向的不同设置；如图图4(b)所示，滑动板斜坡面二与固定板斜坡面二接触、滑动板斜坡面五与固定板斜坡面五接触，接触面形成三角形；固定板(所述第一固定板和第二固定板)和滑动板(所述第一滑动板和第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；在斜坡面作用下，滑动板不断挤压并抬升固定板，促使蝶形弹簧变形进一步增大，主摩擦面(第一主摩擦面、第二主摩擦面)间正压力相应增大，输出的阻尼力也随之增大。

当摩擦阻尼装置的滑动距离等于摩擦阻尼装置设计行程位移最大值时，由于摩擦阻尼装置自身结构的限位作用，摩擦阻尼装置达到单向滑动极限位置。如图4(a)所示，其中，I、II、III、IV、Ⅴ五个部位的剖面图均按4:1比例放大绘制。

如图5(a)和图5(b)所示，当摩擦阻尼装置受压缩载荷进入斜坡段时，滑动板斜坡面四与固定板斜坡面四接触、滑动板斜坡面八与固定板斜坡面八接触，接触面形成三角形；固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；其作用效果和方式与摩擦阻尼装置受拉伸载荷时相同。如图5(a)所示，I、II、III、IV、Ⅴ五个部位的剖面图均按4:1比例放大绘制。

实施例2

本实施例提出一种如实施例1中所述的自适应变摩擦阻尼装置的摩擦阻尼方法；所述摩擦阻尼方法包括以下内容：

所述摩擦阻尼装置根据所受外载荷的大小进行自适应变摩擦阻尼；

当所述外载荷小于或等于所述摩擦阻尼装置自身的最大静摩擦力时，所述摩擦阻尼装置未起滑，对其周围的结构起刚性支撑作用；

当所述外载荷大于所述摩擦阻尼装置自身的最大静摩擦力并持续增大时，所述摩擦阻尼装置起滑：

所述摩擦阻尼装置首先进入平面段滑行，所述固定板平直面三和滑动板平直面三之间接触滑行，固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；

经平面段滑行后，所述摩擦阻尼装置其次进入斜坡面双行程限位。

所述斜坡面双行程限位根据所述外载荷的类型进行限位：

所述外载荷为拉伸载荷时，所述固定板斜坡面二与滑动板斜坡面二接触滑行、同时所述固定板斜坡面五与滑动板斜坡面五接触滑行，固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；其限位原理是：由于斜坡面的楔形作用，滑动斜坡面板不断挤压并抬升固定斜坡面板，进而使与固定斜坡面板表面接触的蝶形弹簧变形增大，所述摩擦阻尼装置所受正压力增大，其输出的摩擦阻尼力也随之线性增大；所述摩擦阻尼装置在斜坡面滑行一段距离后，所述滑动斜坡面二凹陷处形成的凹槽与所述固定斜坡面二凸起处形成的凸台接触后限位，此时，摩擦阻尼器单向滑行位移达到最大、输出阻尼力同时达到最大值；

所述外载荷为受压缩载荷时，所述固定板斜坡面四与滑动板斜坡面四接触滑行、同时所述固定板斜坡面八与滑动板斜坡面八接触滑行，固定板(第一固定板和所述第二固定板)和滑动板(第一滑动板和所述第二滑动板)的其余面之间处于分离状态；限位原理与所述外载荷为拉伸载荷时的限位原理相同。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述摩擦阻尼装置包括第一滑动板、第二滑动板、第一固定板、第二固定板、第一主摩擦板、第二主摩擦板和芯板；

所述第一固定板、第一滑动板、芯板、第二滑动板和第二固定板层叠设置；

所述第一主摩擦板和第二主摩擦板对称镶嵌在所述芯板的上下两面。

2.根据权利要求1所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述第一滑动板和第二滑动板均包括均设置在面向所述第一固定板或第二固定板的一面的若干滑动板平直面和滑动板斜坡面；

所述滑动板平直面包括两个滑动板平直面一、一个滑动板平直面三、一个滑动板平直面六、两个滑动板平直面七；

所述滑动板斜坡面包括两个滑动板斜坡面二、两个滑动板斜坡面四、一个滑动板斜坡面五和一个滑动板斜坡面八；

所述滑动板斜坡面八、一个所述滑动板平直面七、所述滑动板平直面三、另一个所述滑动板平直面七、所述滑动板斜坡面五和所述滑动板平直面六依次设置，两个所述滑动板平直面一分设在所述滑动板斜坡面八两侧，两个所述滑动板斜坡面二分设在所述滑动板斜坡面八两侧，所述滑动板平直面一与所述滑动板斜坡面二连接、且所述滑动板斜坡面二与滑动板平直面三连接，两个所述滑动板斜坡面四分设在所述滑动板斜坡面五两侧。

3.根据权利要求2所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述滑动板斜坡面二和滑动板斜坡面五倾斜方向相同，用于受拉时与固定板对应的斜坡面贴合；所述滑动板斜坡面四和滑动板斜坡面八倾斜方向相同，且与滑动板斜坡面二/斜坡面五倾斜方向相反，用于受压时与固定板对应的斜坡面贴合。

4.根据权利要求2或3所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述第一固定板和第二固定板均包括均设置在面向所述第一滑动板或第二滑动板的一面的若干固定板平直面和固定板斜坡面；

所述固定板平直面包括两个固定板平直面一、一个固定板平直面三、一个固定板平直面六和两个固定板平直面七；

所述固定板斜坡面包括两个固定板斜坡面二、两个固定板斜坡面四、一个固定板斜坡面五和一个固定板斜坡面八；

所述固定板平直面六、固定板斜坡面五、一个固定板平直面七、固定板平直面三、另一个固定板平直面七、固定板斜坡面八依次排列设置，两个所述固定板平直面一分设在所述固定板斜坡面八两侧，两个所述固定板斜坡面二分设在所述固定板斜坡面八两侧，所述固定板平直面一与所述固定板斜坡面二连接、且所述固定板斜坡面二与固定板平直面三连接，两个所述固定板斜坡面四分设在所述固定板斜坡面五两侧。

5.根据权利要求4所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述固定板斜坡面二和固定板斜坡面五倾斜方向相同；固定板斜坡面四与固定板斜坡面八倾斜方向相同，与固定板斜坡面二/固定板斜坡面五倾斜方向相反。

6.根据权利要求4所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述滑动板斜坡面二与固定板斜坡面二的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面四与固定板斜坡面四的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面五与固定板斜坡面五的斜坡倾斜方向相反，所述滑动板斜坡面八与所述固定板斜坡面八的斜坡倾斜方向相反。

7.根据权利要求4所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述第一固定板、第二固定板上所有斜坡面的坡比与所述第一滑动板、所述第二滑动板上所有斜坡面的坡比相同。

8.根据权利要求4所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，所述第一滑动板和所述第二滑动板上所有斜坡面的面积均相同；

所述第一固定板和所述第二固定板上所有斜坡面的面积均相同。

9.根据权利要求7所述的一种自适应变摩擦阻尼装置，其特征在于，两个所述滑动板斜坡面二、滑动板平直面三和两个滑动板斜坡面四上分别开设有若干椭圆形滑行槽；

所述摩擦阻尼装置还包括若干组蝶形弹簧、预紧螺栓和预紧螺母；

所述预紧螺栓穿过所述第一固定板/第二固定板与所述椭圆形滑行槽配合；

所述预紧螺母设置在所述预紧螺栓上用于固定所述预紧螺栓，所述预紧螺母下端面和预紧螺栓头上端面与第一固定板/第二固定板之间设置蝶形弹簧。

10.一种权利要求1～9任一项所述的自适应变摩擦阻尼装置的摩擦阻尼方法；其特征在于，所述摩擦阻尼方法包括以下内容：

所述摩擦阻尼装置根据所受外载荷的大小进行自适应变摩擦阻尼；

当所述外载荷小于或等于所述摩擦阻尼装置自身的最大静摩擦力时，所述摩擦阻尼装置未起滑，对其周围的结构起刚性支撑作用；

当所述外载荷大于所述摩擦阻尼装置自身的最大静摩擦力并持续增大时，所述摩擦阻尼装置起滑：

所述摩擦阻尼装置首先进入平面段滑行，所述固定板平直面三和滑动板平直面三之间接触滑行，固定板和滑动板的其余面之间处于分离状态；

经平面段滑行后，所述摩擦阻尼装置其次进入斜坡面双行程限位。