CN111395846A - 一种阻尼可调的磁流变阻尼器能量阱装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，该装置包括与主结构相连的基底承台板(1)，在基底承台板(1)上设有两条平行的直线导轨(2)，在直线导轨(2)上设置托板(6)，在托板(6)与直线导轨(2)之间设有直线轴承(3)，将振子(7)安装在托板(6)上；在振子(7)两侧与直线导轨(2)相垂直的水平方向对称布置带有导向管(8)的拉压弹簧(9)；磁流变阻尼器(10)在平行于直线导轨(2)的方向与振子(7)用销轴(11)相连，拉压弹簧(9)与磁流变阻尼器(10)的另一端均与固定挡板(4)相连。该结构与传统的减震装置相比，这种结构具有质量轻、减震频率宽、鲁棒性更好以及耗能效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种减振耗能装置，特别是涉及一种阻尼可调的磁流变阻尼器能量阱装置。
背景技术
在土木工程领域中，如何有效地避免因振动过大而导致结构物的破坏，这已经成为一个比较重要的课题。为了避免结构物能够有效避免振动带来的破坏，工程结构中已经广泛使用诸如调质阻尼器(TMD)、调液阻尼器(TLD)等一系列以被动控制为主的吸振耗能装置。这类装置对于结构低阶振型的吸振耗能具有较好的作用，不过对于高阶振型的振动而言，将不能很好地发挥作用，具有一定的局限性。非线性能量阱(NES)作为一种吸振、减振、耗能装置，相对于传统的被动控制系统而言，其抑振频带宽，吸振效果好，耗能效率高，并且质量仅占到主结构的5％～10％，对结构物的承载能力影响很小，是一种优异的吸振耗能装置。
现有的非线性能量阱装置(NES)，其主要结构是由弹簧、振子以及阻尼器构成。如今，轨道型非线性能量阱装置、摩擦型非线性能量阱装置以及碰撞型能量阱装置的减振实验以及理论有了较全面的研究，然而这些非线性能量阱装置(NES)均为被动控制，不能根据外部扰动的特点以及结构自身的振动特性的变化做出及时调整，存在一定的局限性。故本发明将阻尼可调的磁流变阻尼器代替已有的摩擦型阻尼或者碰撞型阻尼，只需很少的能量改变非线性能量阱装置(NES)中磁流变阻尼器的阻尼特性，可以控制系统的动力学特性，实现对结构最优响应的状态追踪，做到半主动控制。
本发明是一种最具前景的结构振动控制装置，将在土木工程领域抗震方面具有广泛应用的前景。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置。将磁流变阻尼器引入到非线性能量阱装置中，可以根据结构对外部扰动的响应实时改变磁流变阻尼器的阻尼特性，对结构的振动做出最优的响应状态追踪。可以作为半主动控制广泛应用在土木工程领域吸振、减振中。
技术方案：本发明的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置包括与主结构相连的基底承台板，在基底承台板上设有两条平行的直线导轨，在直线导轨上设置托板，在托板与直线导轨之间设有直线轴承，在托板上设置支承振子；在振子两侧与直线导轨相垂直的水平方向对称布置带有导向管的拉压弹簧，在振子的另两侧垂直于拉压弹簧的水平方向连接磁流变阻尼器，拉压弹簧与磁流变阻尼器的另一端均与固定挡板相连。
所述固定挡板上设有橡胶板。
所述的质量可调振子，根据主结构的特性调整调节振子与主结构的质量比，使得能量阱装置具有最佳的减振性能。
所述的拉压弹簧，调节拉压弹簧刚度，使得立方刚度非线性能量阱NES具有最优靶能量传递。
所述的磁流变阻尼器，根据不同的主结构的特性，改变磁流变阻尼器的特性以使得立方刚度非线性能量阱NES具有最佳的耗能效果。
所述的用于支承振子托板的直线轴承与直线导轨之间为滚动摩擦。
所述的带有导向管的拉压弹簧为初始原长即振子、弹簧以及挡板在一条直线时，则为立方刚度非线性能量阱NES；当调节与拉压弹簧相连的固定挡板的位置使得弹簧处于受压状态，即当拉压弹簧处于原长状态时，振子、弹簧以及挡板不在一条直线时，则形成负刚度非线性能量阱装置BNES。
所述磁流变阻尼器，在减振耗能过程中，通过导线对磁流变阻尼器通以电流，改变磁流变液的黏滞系数，变换以获得减振过程中的最佳耗能效率，实现半主动控制。
有益效果：与现有减震耗能装置相比，本发明具有以下优势：
1)通过在主结构上安装具有强非线性刚度特性的能量阱装置，利用非线性能量阱装置可以与主结构产生内共振的特性，使得该装置能够吸收主结构的振动响应能量，由于该装置具有耗能作用，可以及时耗散整个结构的能量。
2)非线性能量阱的装置只需要主结构的5％～10％，对于主结构的承载能力影响较小，具有轻质、便于安装以及更换方便的特性。
3)该装置可以根据主结构特性改变振子质量、弹簧刚度以及磁流变阻尼器的特性，使得该装置具有良好的宽频吸振特性，可以适用于具有各种振动特性的主结构之中。
4)目前大部分的能量阱装置采用的是被动控制，即结构一经确定，其阻尼、振子质量以及弹簧刚度已经确定。而这种带有磁流变体阻尼器的非线性能量阱装置可以进一步根据主结构特性调节阻尼大小，振子质量来实现半主动控制。
附图说明：
图1为本发明立方刚度非线性能量阱装置结构示意图；
图2为本发明负刚度非线性能量阱装置结构示意图；
图3为本发明带有导向筒的拉压弹簧装置示意图；
图4为本发明带有销轴的挡板示意图；
图5为本发明带有振子托板的直线导轨直线轴承示意图；
图6为本发明磁流变阻尼器示意图；
图中有：基底承台板1、直线导轨2、直线轴承3、固定挡板4、橡胶板5、托板6、振子7、导向管8、拉压弹簧9、磁流变阻尼器10、销轴11；内导向筒301、外导向筒302、螺栓303、螺母304；401、“L”型钢板402、支撑板403；导线601、活塞杆602、缸体603。
具体实施方式：
本发明是一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置(NES)，该装置包含阻尼可调的磁流变阻尼器、可以根据主结构的特性调节质量的振子、带有附加导向管的拉压弹簧(附加导向管包括一个内导管和外导管)、与主结构相连的基底承台板、用于固定弹簧、阻尼器的挡板、防止阻尼器失效的带橡胶板的挡板以及支撑振子的直线轴承和直线导轨。
所述的可以将具有不同阻尼特性的磁流变阻尼器安装到该装置中以获得具有不同耗能效率的非线性能量阱装置。该装置能够有效吸引主结构的振动并将吸引的能量快速耗散。可应用于吸振、减振、耗能领域。
所述的可以通过调整挡板与托板之间的位置来形成不同形式的能量阱装置，当弹簧处于原长(振子、弹簧以及挡板一线)时，则为立方刚度能量阱装置，通过调节挡板底座与托板之间的位置以使得弹簧处于受压状态(弹簧处于原长时，振子、弹簧以及挡板不共线)，成为负刚度非线性能量阱装置，或者直接更换刚度不同的弹簧以获得具有不同抑震频带的能量阱结构。
所述的直线导轨通过螺栓螺母与托板固定，并将直线轴承置于直线导轨之上，用以固定振子的运动方向，直线导轨与直线轴承之间的滚动摩擦阻尼可以忽略不记。
所述的磁流变阻尼器可以采用通电的方式改变磁流变液的特性以调整磁流变阻尼器的阻尼特性，以获得最优的耗能效率。
其中，所述质量可调的振子可以由是多个质量不同的带有穿孔的铁块组成，使用螺栓与螺母进行锚固形成不同质量的振子以形成不同的减振耗能装置。
所述的可以调节弹簧的初始位置以改变非线性能量阱的特性，当振子、弹簧与挡板共线且弹簧处于原长时则形成立方刚度非线性能量阱装置，当振子、弹簧以挡板共线且弹簧处于受压状态时，则形成负刚度非线性能量阱装置，负刚度非线性能量阱装置具有更宽的吸振频带。
下面结合附图，通过实施例讲述本发明的形成方法：
实例1：如图1、3、4、5、6所示，本实施例为一种带有磁流变阻尼器的立方刚度非线性能量阱装置，将两个并行的直线导轨用螺栓与基底承载板相连，将由多个铁块组成的振子与振子托板采用螺栓螺母相连，将振子托板与直线轴承相连，并将直线轴承安装在直线导轨上，构成滚动摩擦很小的滑动系统。将图3所示的带有导向筒的拉压弹簧装置对称布置于垂直于直线导轨方向的振子两侧，一侧与振子相连，一侧与固定好的挡板相连(拉压弹簧处于原长状态)，使得振子、振子两侧的拉压弹簧以及两侧挡板处于一条直线上。在垂直于拉压弹簧的方向上布置一个磁流变阻尼器，磁流变阻尼器一侧与振子相连，一侧与固定的挡板相连，在磁流变阻尼器的另一侧布置一个粘有橡胶板的挡板防止振子滑动过大超出滑轨，最终形成立方非线性能量阱装置，并将整个装置采用螺栓锚固的方式与主结构安装，用于主结构的减震耗能。
实例2：如图2、3、4、5、6所示，本实施例为一种带有磁流变阻尼器的双稳态非线性能量阱装置，将两个并行的直线导轨用螺栓与基底承载板相连，将由多个铁块组成的振子与振子托板采用螺栓螺母相连，将振子托板与直线轴承相连，并将直线轴承安装在直线导轨上，构成滚动摩擦很小的滑动系统。将图3所示的带有导向筒的拉压弹簧装置对称布置于垂直于直线导轨方向的振子两侧，一侧与振子相连，一侧与固定好的挡板相连，使得振子、拉压弹簧以及挡板不共线(当垂直时拉压弹簧处于受压状态)。在垂直于拉压弹簧的方向上布置一个磁流变阻尼器，磁流变阻尼器一侧与振子相连，一侧与固定的挡板相连，在磁流变阻尼器的另一侧布置一个粘有橡胶板的挡板防止振子滑动过大超出滑轨，最终形成负刚度非线性能量阱装置，并将整个装置采用螺栓锚固的方式与主结构安装，用于主结构的减震耗能。
以上所述仅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 (8)
1.一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于，该装置包括与主结构相连的基底承台板(1)，在基底承台板(1)上安装有两条平行的直线导轨(2)，将质量可调的振子(7)与托板(6)相连，并将托板(6)安装在两个直线轴承上(3)上；在振子(7)两侧与直线导轨(2)相垂直的水平方向对称布置带有导向管(8)的拉压弹簧(9)；磁流变阻尼器(10)在平行于直线导轨(2)的方向与振子(7)用销轴(11)相连，拉压弹簧(9)与磁流变阻尼器(10)的另一端均与固定挡板(4)相连。
2.根据权利要求1所述的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于，所述固定挡板(4)上设有橡胶板(5)，防止阻尼器失效，振子(7)行程过大。
3.根据权利要求1所述的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于所述的质量可调的振子(7)，可以根据主结构的特性调整调节振子(7)与主结构的质量比，使得能量阱装置具有最佳的减振性能。
4.根据权利要求1所述的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于所述的拉压弹簧(9)，可调节拉压弹簧(9)刚度，使得立方刚度非线性能量阱NES具有最优靶能量传递。
5.根据权利要求1所述的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于所述的磁流变阻尼器(10)，可根据主结构的特性，改变磁流变阻尼器(10)的阻尼以使得非线性能量阱NES具有最佳的减振耗能效果。
6.根据权利要求1所述的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于，所述的用于支承振子托板(6)的直线轴承(3)与直线导轨(2)之间为滑动摩擦。
7.根据权利要求1所述的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于，所述的带有导向管(8)的拉压弹簧(9)为初始原长即振子、弹簧以及挡板在一条直线时，则为立方刚度非线性能量阱NES；当调节与拉压弹簧(9)相连的固定挡板(4)的位置使得弹簧处于受压状态即当拉压弹簧(9)处于原长状态时振子、弹簧以及挡板不在一条直线时，则形成负刚度非线性能量阱装置BNES。
8.根据权利要求5所述的一种带有磁流变阻尼器的非线性能量阱装置，其特征在于，所述磁流变阻尼器(10)，在减振耗能过程中，通过导线对磁流变阻尼器(10)通以电流，改变磁流变液的黏滞系数，变换以获得减振过程中的最佳耗能效率，可实现半主动控制。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |