CN112144682B - 一种自感知摩擦阻尼器 - Google Patents

一种自感知摩擦阻尼器 Download PDF

Info

Publication number
CN112144682B
CN112144682B CN202010907295.6A CN202010907295A CN112144682B CN 112144682 B CN112144682 B CN 112144682B CN 202010907295 A CN202010907295 A CN 202010907295A CN 112144682 B CN112144682 B CN 112144682B
Authority
CN
China
Prior art keywords
friction
plate
electrification
conductive material
auxiliary plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010907295.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112144682A (zh
Inventor
马宁
董旭峰
杨锐锴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202010907295.6A priority Critical patent/CN112144682B/zh
Publication of CN112144682A publication Critical patent/CN112144682A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112144682B publication Critical patent/CN112144682B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/98—Protection against other undesired influences or dangers against vibrations or shocks; against mechanical destruction, e.g. by air-raids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

本发明属于土木工程防灾减灾领域，公开了一种自感知摩擦阻尼器，从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组，摩擦起电下滑动副板组。其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为滑动副板、外层导电材料、摩擦起电正极板；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为摩擦起电负极板、内层导电材料、滑动主板、内层导电材料、摩擦起电负极板；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为摩擦起电正极板、外层导电材料、下滑动副板组成；其中摩擦起电正极板和摩擦起电负极板由两种摩擦起电性差异显著的材料制备。本发明实现了摩擦阻尼器的自感知，其结构简单，便于设计和施工。

Description

一种自感知摩擦阻尼器
技术领域
本发明属于土木工程防灾减灾领域，涉及一种可实现健康监测与减振一体化功能的自感知摩擦阻尼器。
背景技术
结构减振是土木工程防灾减灾关注的重点之一。安置阻尼器是一种可靠且有效的耗能减振技术。摩擦阻尼器作为一种常用的阻尼器，被广泛应用于桥梁、建筑结构的消能缓冲、消能减震。传统的摩擦阻尼器分为Pall型摩擦阻尼器、Sumitomo摩擦阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器。相比其它耗能减振装置，摩擦阻尼器具有构造简单、成本低等优点，可为结构提供较大的附加阻尼，且受荷载大小和频率的影响较小，因此有广泛的应用前景。
结构健康监测是土木工程防灾减灾关注的另一个重点。现有的技术中，一般采用布置振动传感器、位移传感器、应变传感器等方法对结构的实时状况进行监测。结构的健康监测系统和振动控制系统通常是独立的，存在体系复杂、需要占据较大的空间、成本高等问题。将结构健康监测系统与减振系统进行一体化集成无疑具有重要的工程意义。
近年来，基于摩擦起电原理的摩擦纳米发电机技术应用受到关注。由于摩擦纳米发电机无需额外的传感器就可以将机械刺激转化为电信号，因而其在无源传感和自驱动传感器领域具有巨大的潜力。将摩擦发电技术与摩擦阻尼器结合，在原理上可开发出兼具耗能减振及位移监测双功能的自感知摩擦阻尼器。
发明内容
本发明的目的在于针对现有结构振动控制与健康监测相互独立的问题，提出一种自感知摩擦阻尼器。
本发明的构思如下：将传统滑动式摩擦阻尼器的同材质摩擦面用两种摩擦起电性差异显著的材料取代。当摩擦阻尼器在产生相对摩擦而耗能的过程中，摩擦面的相对接触面积减小，导致平面内电荷分离，分离的电荷会使一个摩擦面具有更高的电势。在电势差的驱使下，电子将从电势高的摩擦面流向电势低的摩擦面，而两个摩擦面间的电压差与其相对位移直接相关，从而可通过电压信号的采集监测相对位移。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种自感知摩擦阻尼器，从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组和摩擦起电下滑动副板组；
其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为上滑动副板、外层导电材料和摩擦起电正极板；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为摩擦起电负极板、内层导电材料、滑动主板、内层导电材料和摩擦起电负极板；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为摩擦起电正极板、外层导电材料和下滑动副板；
摩擦起电上滑动副板组中的上滑动副板与外层导电材料、外层导电材料与摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电下滑动副板组中的下滑动副板与外层导电材料、外层导电材料与摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电滑动主板组中的摩擦起电负极板与内层导电材料、内层导电材料与滑动主板为粘接连接或螺栓连接。
摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电下滑动副板组和摩擦起电滑动主板组采用预压力限位螺栓连接。
滑动主板与主板连接板通过螺栓连接，上滑动副板及下滑动副板均与副板连接板通过螺栓连接；主板连接板及副板连接板分别连接在结构中因荷载而产生相对变形的两个位置，连接方式为螺栓连接或焊接连接；
外层导电材料引出正电极导线、内层导电材料引出负电极导线，正电极导线及负电板导线间连接电压采集器。
滑动主板和滑动副板采用绝缘材料制备。
摩擦起电正极板采用但不限于以下材料：聚甲醛1.3-1.4、乙基纤维素、聚酰胺(尼龙)-11、聚酰胺(尼龙)-66、三聚氰胺、编织的羊毛、编织的蚕丝、铝、纸张、纺织的棉花、钢、木材、硬橡胶、镍、铜、硫、黄铜、银、醋酸纤维、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇；
摩擦起电负极板采用但不限于聚酯、聚异丁烯、聚氨酯、柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、氯丁橡胶、自然橡胶、聚丙烯腈、腈涤纶、聚碳酸双酚、聚3,3-双(氯甲基)丁氧环、聚偏乙氯二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚四氟乙烯。
外层导电材料及内层导电材料采用但不限于以下材料：铜、铝、钢、导电复合材料。
与现有技术相比，本发明的效果和益处是：
(1)本发明通过测量电路中电压信号可实现对摩擦阻尼器位移的监测；
(2)本发明自感知摩擦阻尼器结构简单、性能稳定，针对现有结构振动控制与健康监测相互独立的问题，实现了监测与减振功能的一体化，工程实用性更好，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明自感知摩擦阻尼器的俯视示意图；
图2为本发明自感知摩擦阻尼器实施例的A-A截面示意图；
图3为图2的局部放大图；
图4为本发明自感知摩擦阻尼器实施例的B-B截面示意图；
图5为图4的局部放大图。
图中：1上滑动副板；2外层导电材料；3摩擦起电正极板；4摩擦起电负极板；5内层导电材料；6滑动主板；7垫板；8固定螺栓；9电压采集器；10孔道；11主板连接板；12滑动螺栓孔；13下滑动副板；14正电极导线；15负电极导线；16预压力限位螺栓；17副板连接板。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
本发明的具体实施方式见图1至图5，可知，本实施例所述自感知摩擦阻尼器从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组，摩擦起电下滑动副板组。其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为上滑动副板1、外层导电材料2、摩擦起电正极板3；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为摩擦起电负极板4、内层导电材料5、滑动主板6、内层导电材料5、摩擦起电负极板4；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为摩擦起电正极板3、外层导电材料2、下滑动副板13组成。
摩擦起电上滑动副板组中的上滑动副板1与外层导电材料2、外层导电材料2与摩擦起电正极板3为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电下滑动副板组中的下滑动副板13与外层导电材料2、外层导电材料2与摩擦起电正极板3为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电滑动主板组中的摩擦起电负极板4与内层导电材料5、内层导电材料5与滑动主板6为粘接连接或螺栓连接。
摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电下滑动副板组和摩擦起电滑动主板组采用预压力限位螺栓16连接。
滑动主板6与主板连接板11通过螺栓连接，上滑动副板1、下滑动副板13与副板连接板17通过螺栓连接。
外层导电材料2引出正电极导线14、内层导电材料5引出负电极导线15，正电极导线14及负电板导线15间连接电压采集器9。
滑动主板6和上滑动副板1和下滑动副板13采用有机玻璃。
摩擦起电正极板3采用聚酰胺(尼龙)-66，摩擦起电负极板4采用聚四氟乙烯。外层导电材料2及内层导电材料5采用铜。
下面简述本发明的工作过程：
本发明可用于建筑结构减振及健康监测系统中。当结构受到强风荷载、地震等作用时，滑动主板6带动摩擦起电正极板3与摩擦起电负极板4摩擦耗能，同时，摩擦起电正极板3与摩擦起电负极板4之间产生电压，该电压信号由电压采集器9实时采集，并通过该电压计算出自感知摩擦阻尼器的位移。该自感知摩擦阻尼器兼具减振及健康监测一体化功能。

Claims (8)

1.一种自感知摩擦阻尼器，其特征在于，该自感知摩擦阻尼器从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组和摩擦起电下滑动副板组；
其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为上滑动副板、第一外层导电材料和第一摩擦起电正极板；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为第一摩擦起电负极板、第一内层导电材料、滑动主板、第二内层导电材料和第二摩擦起电负极板；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为第二摩擦起电正极板、第二外层导电材料和下滑动副板；
摩擦起电上滑动副板组中的上滑动副板与第一外层导电材料、第一外层导电材料与第一摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电下滑动副板组中的下滑动副板与第二外层导电材料、第二外层导电材料与第二摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电滑动主板组中的第一、二摩擦起电负极板与第一、二内层导电材料、第一、二内层导电材料与滑动主板为粘接连接或螺栓连接；
摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电下滑动副板组和摩擦起电滑动主板组采用预压力限位螺栓连接；
滑动主板与主板连接板通过螺栓连接，上滑动副板及下滑动副板均与副板连接板通过螺栓连接；主板连接板及副板连接板分别连接在结构中因荷载而产生相对变形的两个位置，连接方式为螺栓连接或焊接连接；
第一、二外层导电材料引出正电极导线、第一、二内层导电材料引出负电极导线，正电极导线及负电极导线间连接电压采集器。
2.根据权利要求1所述的自感知摩擦阻尼器，其特征在于，所述的滑动主板和滑动副板采用绝缘材料制备。
3.根据权利要求1或2所述的自感知摩擦阻尼器，其特征在于，第一、二摩擦起电正极板的材质为聚甲醛1.3-1.4、乙基纤维素、聚酰胺-11、聚酰胺-66、三聚氰胺、编织的羊毛、编织的蚕丝、铝、纸张、纺织的棉花、钢、木材、硬橡胶、镍、铜、硫、黄铜、银、醋酸纤维、人造纤维、聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。
4.根据权利要求1或2所述的自感知摩擦阻尼器，其特征在于，第一、二摩擦起电负极板的材质为聚异丁烯、聚氨酯、柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、氯丁橡胶、自然橡胶、聚丙烯腈、腈涤纶、聚碳酸双酚、聚3,3-双(氯甲基)丁氧环、聚偏乙氯二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷或聚四氟乙烯。
5.根据权利要求3所述的自感知摩擦阻尼器，其特征在于，第一、二摩擦起电负极板的材质为聚异丁烯、聚氨酯、柔性海绵、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇缩丁醛、氯丁橡胶、自然橡胶、聚丙烯腈、腈涤纶、聚碳酸双酚、聚3,3-双(氯甲基)丁氧环、聚偏乙氯二烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷或聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1、2或5所述的自感知摩擦阻尼器，其特征在于，第一、二外层导电材料及第一、二内层导电材料的材质为铜、铝、钢或导电复合材料。
7.根据权利要求3所述的自感知摩擦阻尼器，其特征在于，第一、二外层导电材料及第一、二内层导电材料的材质为铜、铝、钢或导电复合材料。
8.根据权利要求4所述的自感知摩擦阻尼器，其特征在于，第一、二外层导电材料及第一、二内层导电材料的材质为铜、铝、钢或导电复合材料。
CN202010907295.6A 2020-09-02 2020-09-02 一种自感知摩擦阻尼器 Active CN112144682B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010907295.6A CN112144682B (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种自感知摩擦阻尼器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010907295.6A CN112144682B (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种自感知摩擦阻尼器

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112144682A CN112144682A (zh) 2020-12-29
CN112144682B true CN112144682B (zh) 2021-08-06

Family

ID=73890474

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010907295.6A Active CN112144682B (zh) 2020-09-02 2020-09-02 一种自感知摩擦阻尼器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112144682B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007526413A (ja) * 2004-03-03 2007-09-13 ラ・コーポラシオン・ドゥ・レコル・ポリテクニーク・ドゥ・モントリオール 引張要素を有する自動調心エネルギー散逸ブレース装置
CN201952934U (zh) * 2010-12-20 2011-08-31 张蓬勃 装有铝板摩擦材料的摩擦阻尼器
CN202483026U (zh) * 2012-03-16 2012-10-10 大连理工大学 一种杆式压电摩擦阻尼器
CN104631646A (zh) * 2015-01-12 2015-05-20 上海上材减振科技有限公司 一种压力能发电的粘滞阻尼器
CN207436305U (zh) * 2017-09-27 2018-06-01 同济大学 一种自感知电涡流型可更换耗能连梁
CN109029386A (zh) * 2018-08-10 2018-12-18 西南石油大学 一种动态监测海洋波高并同步实现摩擦发电的装置及方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007526413A (ja) * 2004-03-03 2007-09-13 ラ・コーポラシオン・ドゥ・レコル・ポリテクニーク・ドゥ・モントリオール 引張要素を有する自動調心エネルギー散逸ブレース装置
CN201952934U (zh) * 2010-12-20 2011-08-31 张蓬勃 装有铝板摩擦材料的摩擦阻尼器
CN202483026U (zh) * 2012-03-16 2012-10-10 大连理工大学 一种杆式压电摩擦阻尼器
CN104631646A (zh) * 2015-01-12 2015-05-20 上海上材减振科技有限公司 一种压力能发电的粘滞阻尼器
CN207436305U (zh) * 2017-09-27 2018-06-01 同济大学 一种自感知电涡流型可更换耗能连梁
CN109029386A (zh) * 2018-08-10 2018-12-18 西南石油大学 一种动态监测海洋波高并同步实现摩擦发电的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112144682A (zh) 2020-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Self-sustained autonomous wireless sensing based on a hybridized TENG and PEG vibration mechanism
An et al. Whirling‐folded triboelectric nanogenerator with high average power for water wave energy harvesting
Zhao et al. Hybrid energy harvesting for self-powered rotor condition monitoring using maximal utilization strategy in structural space and operation process
CN108322083B (zh) 基于摩擦纳米发电机的波浪能高效发电装置
Yar High performance of multi-layered triboelectric nanogenerators for mechanical energy harvesting
CN106602924A (zh) 一种收集振动能量的摩擦纳米发电机和振动传感器
CN108054951B (zh) 一种基于多层结构的俘能/储能一体化微纳电池
CN104836472B (zh) 利用声音能量的发电机和声音传感器
CN112144682B (zh) 一种自感知摩擦阻尼器
CN205725515U (zh) 一种叶片式复合风动能量收集器
CN111928986A (zh) 一种基于摩擦发电的高灵敏度冲击检测传感器
JP6133050B2 (ja) 積層発電装置
Wang et al. Small-scale energy harvesting from environment by triboelectric nanogenerators
Yu et al. Vibration-coupled TENGs from weak to ultra-strong induced by vortex for harvesting low-grade airflow energy
Wang et al. Self-sustained and self-wakeup wireless vibration sensors by electromagnetic-piezoelectric-triboelectric hybrid energy harvesting
JP6097550B2 (ja) 積層発電体
CN109309402B (zh) 一种油田注水井配水管电控工具的供电装置
CN111355403A (zh) 一种水母状的压电摩擦电复合式海洋机械能收集器
CN107905399A (zh) 一种电磁阻尼负刚度支座
CN103628381A (zh) 一种基于压电材料的发电地板
CN206650601U (zh) 一种柱形悬空压电悬臂梁时均流振动发电装置
CN103117678A (zh) 带铰接分流板的碰撞式压电风能采集系统
CN108429489B (zh) 建筑物振动能量收集装置
CN203602984U (zh) 一种基于压电材料的发电地板
CN112886864A (zh) 一种c型扰流可调串联的流体能量压电俘能器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant