CN112160437A - 一种双向电涡流非线性能量阱减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及结构工程振动控制技术领域，公开了一种双向电涡流非线性能量阱减振装置，包括内底板、内顶板、第一内支撑板、质量块、第一电涡流组件和第二电涡流组件；所述内底板沿X向可滑动地设置，两张第一内支撑板沿Y向相对安装于内底板，所述内顶板扣设在两张第一内支撑板的顶端，所述质量块沿Y向可滑动地设置于两张第一内支撑板之间，所述第一电涡流组件安装于质量块与内底板之间，用于耗散Y向结构振动能量，所述第二电涡流组件安装于内顶板的上方，用于耗散X向结构振动能量。其有益效果在于：利用电涡流作为阻尼，不需要与建筑结构直接接触，无任何摩擦阻尼，不需要后期维护，不受温度影响，耐久性好，能够有效地抑制结构的振动。
Description
技术领域
本发明涉及结构工程振动控制技术领域，具体涉及一种双向电涡流非线性能量阱减振装置。
背景技术
土木工程结构在外部激励如地震、强风等作用下，容易产生大幅振动，为了减轻或抑制结构引起的响应，国内外学者展开了广泛研究，提出了许多结构控制技术，调谐质量阻尼器(TMD)在建筑结构中应用广泛。当原结构受外部激励，TMD的质量块由于惯性给结构提供了反向作用力，并通过阻尼耗能，从而降低结构的振动反应。但传统的TMD受频率影响较敏感，存在减振频带敏感，耗能能力有限，以及阻尼器价格昂贵等缺点。相较于传统TMD，非线性能量阱(NES，nonlinear energy sink)没有固定的频率，使其能在更宽的频率范围内与主体结构发生共振，并通过阻尼元件更快消散，是一种十分具有发展前景的研究方向。
非线性能量阱虽然具有宽频等优点，但其采用粘滞阻尼器作为耗能原件，寿命期较短，存在漏油的情况，不利于维护，另外粘滞阻尼器的附加刚度，也会影响装置的频率参数，不利于参数设计。
发明内容
本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种基于立方刚度的双向电涡流非线性能量阱减振装置，具备宽频、鲁棒性强等优点，并利用电涡流作为阻尼，阻尼不需要与建筑结构直接接触，无任何摩擦阻尼，不需要后期维护，不受温度影响，耐久性好，能够有效地抑制结构的振动。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种双向电涡流非线性能量阱减振装置，包括内底板、内顶板、第一内支撑板、质量块、第一电涡流组件和第二电涡流组件；所述内底板沿X向可滑动地设置，两张第一内支撑板沿Y向相对安装于内底板，所述内顶板扣设在两张第一内支撑板的顶端，所述质量块沿Y向可滑动地设置于两张第一内支撑板之间，所述第一电涡流组件安装于质量块与内底板之间，用于耗散Y向结构振动能量，所述第二电涡流组件安装于内顶板的上方，用于耗散X向结构振动能量。
进一步地，所述第一电涡流组件包括第一铜板和若干块第一永磁铁；所述第一铜板固定安装于内底板的上表面，若干块第一永磁铁均匀固定于质量块的下表面，第一永磁铁与第一铜板之间具有间隔。
进一步地，还包括第一牵引组件；所述第一牵引组件包括X向线性弹簧和第二内支撑板；两张第二内支撑板沿X向相对安装于内底板，两张所述第二内支撑板的顶端均与内顶板连接，所述X向线性弹簧沿X向分别位于质量块的两侧，所述X向线性弹簧的一端与质量块连接，其另一端与对应的第二内支撑板连接。
进一步地，所述第二电涡流组件包括第二铜板和若干块第二永磁铁；若干块所述第二永磁铁均匀安装于内顶板的上表面，所述第二铜板固定于第二永磁铁的上方，且所述第二永磁铁与第二铜板之间具有间隔。
进一步地，还包括第二牵引组件；所述第二牵引组件包括Y向线性弹簧和第一外支撑板，两张第一外支撑板沿Y向相对设置，并分别固定于两张第一内支撑板的外侧，所述Y向线性弹簧设置于第一外支撑板与第一内支撑板之间，且Y向线性弹簧的两端分别与第一外支撑板和第一内支撑板连接。
进一步地，还包括Y向滑动组件；所述Y向滑动组件包括导杆和吊环；所述导杆的两端分别与两张第一内支撑板连接，所述吊环可滑动地安装于导杆，所述质量块与吊环连接。
进一步地，还包括X向滑动组件；所述X向滑动组件包括外底板和导轨；所述导轨沿X向安装于外底板，所述内底板设置有滑槽，所述内底板通过滑槽可滑动地安装于导轨。
进一步地，还包括保护外壳，所述保护外壳包括外顶板和第二外支撑板，两张所述第二外支撑板固定安装于外底板，并分别位于导轨的两端，第二外支撑板高于第一内支撑板，所述外顶板扣设于第二外支撑板的顶端。
本发明相对于现有技术具有如下优点：
1、本发明中的双向电涡流非线性能量阱减振装置，通过设置可沿Y方向滑动的质量块与第一电涡流组件相配合，以及沿X方向滑动的包括质量块在内的核心部分与第二电涡流组件相配合，结合立方刚度非线性能量阱的构造，能够有效应对复杂的外部激励，实现X、Y双向减振；第一、第二电涡流组件不需要直接接触，无任何摩擦阻尼；对比常用的阻尼器，不需要后期维护，不受温度影响，耐久性好；电涡流阻尼器只有电涡流阻尼力，无附加刚度，不会影响装置的参数设计；安装相对简单，无需外部能源供给；
2、本发明中，通过设置第一牵引组件和第二牵引组件，其中X向线性弹簧和Y向线性弹簧其设置方向与位移方向垂直，使得本装置装置在X、Y向分别形成非线性刚度，具有不恒定的自振频率，因此本装置可以与建筑结构在两个方向的更广泛的频率范围内发生共振，建筑结构的两方向的能量均能迅速传递至本装置，并通过两组电涡流组件进行耗散，从而减小建筑结构两个方向的响应。因此，本装置具有减振频带宽的特点，另外它不会因为刚度退化而导致减振性能迅速下降，相对于线性减振阻尼器具有鲁棒性强等优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明的双向电涡流非线性能量阱减振装置的爆炸示意图；
图2示出了图1组装后的结构示意图；
图3示出了根据本发明中的核心部分的结构示意图；
图4示出了根据本发明中的减振装置的剖切图；
图5示出了图4的俯视图；
图中，1为内底板；2为内顶板；3为第一内支撑板；4为质量块；5为第一铜板；6为第一永磁铁；7为X向线性弹簧；8为第二内支撑板；9为第二铜板；10为第二永磁铁；11为Y向线性弹簧；12为第一外支撑板；13为导杆；14为吊环；15为外底板；16为导轨；17为外顶板；18为第二外支撑板；19为滑槽。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1-图5所示的双向电涡流非线性能量阱减振装置，包括内底板1、内顶板2、第一内支撑板3、质量块4、第一电涡流组件和第二电涡流组件；所述内底板1沿X向可滑动地设置，两张第一内支撑板2沿Y向相对安装于内底板1，所述内顶板2扣设在两张第一内支撑板3的顶端，所述质量块4沿Y向可滑动地设置于两张第一内支撑板3之间，所述第一电涡流组件安装于质量块4与内底板1之间，用于耗散Y向结构振动能量，所述第二电涡流组件安装于内顶板2的上方，用于耗散X向结构振动能量。
质量块4位于两张第一内支撑板3、内底板1和内顶板2围成的区域中，并可沿Y向往复滑动，质量块4沿Y向往复滑动时，第一电涡流组件产生电涡流阻尼力，阻尼力往复做功，产生的热量通过热传导传递至外界，从而有效耗散建筑结构Y向的振动能量。内底板1可沿X向往复滑动，内底板1滑动时同步带动内顶板2、第一内支撑板3沿X向往复滑动，第二电涡流组件产生电涡流阻尼力，阻尼力往复做功，产生的热量通过热传导传递至外界，从而有效耗散建筑结构X向的振动能量。
所述第一电涡流组件包括第一铜板5和若干块第一永磁铁6；所述第一铜板5固定安装于内底板1的上表面，若干块第一永磁铁6均匀固定于质量块的下表面，第一永磁铁6与第一铜板5之间具有间隔。第一永磁铁采用若干块，通过合理的布置，在保证磁场强度情况下，能够让第一永磁铁6与第一铜板5之间的磁场更接近匀强磁场，有利于控制电涡流阻尼力大小。
还包括第一牵引组件；所述第一牵引组件包括X向线性弹簧7和第二内支撑板8；两张第二内支撑板8沿X向相对固定安装于内底板，两张所述第二内支撑板8的顶端均与2内顶板连接，所述X向线性弹簧7沿X向分别位于质量块4的两侧，所述X向线性弹簧7的一端与质量块4连接，其另一端与对应的第二内支撑板8连接。第二内支撑板8和第一内支撑板3等高，但二者之间不存在连接关系，此设置可使相邻的两张第二内支撑板8和第一内支撑板3之间具有间隔，便于散热。X向线性弹簧7为沿Y向往复滑动的质量块4提供Y向的非线性恢复力，使Y向运动的质量块4具有不恒定的自振频率，可以在Y向的更广泛的频率范围内与建筑结构发生共振，使建筑结构Y向的能量迅速传递至质量块4，并通过第一电涡流组进行消耗，从而减小建筑结构的Y向相应。
所述第二电涡流组件包括第二铜板9和若干块第二永磁铁10；若干块所述第二永磁铁10均匀安装于内顶板2的上表面，所述第二铜板9固定于第二永磁铁10的上方，且所述第二永磁铁10与第二铜板5之间具有间隔。本装置中采用若干块均匀分布的第二永磁铁10，而不是采用一整块磁铁。此设置的好处是：通过合理的布置，在保证磁场强度情况下，能够让第二永磁铁10与第二铜板9之间的磁场更接近匀强磁场，有利于控制电涡流阻尼力大小。
内底板1、内顶板2、质量块4、第一内支撑板3、第二内支撑板8、第一电涡流组件和第二电涡流组件组成了本减振装置中的核心部分，此核心部分在内底板1的作用下，能沿X向往复滑动，从而使的第二永磁铁10与第二铜板9之间产生相对位移，产生电涡流阻尼力。
还包括第二牵引组件；所述第二牵引组件包括Y向线性弹簧11和第一外支撑板12，两张第一外支撑板12沿Y向相对设置，并分别固定于两张第一内支撑板3的外侧，所述Y向线性弹簧11设置于第一外支撑板12与第一内支撑板3之间，且Y向线性弹簧11的两端分别与第一外支撑板12和第一内支撑板3连接。第一外支撑板12的高度高于第一内支撑板3，第一外支撑板12的底端固定安装于外底板15，其顶端固定安装于外顶板17。此设置能够为第二电涡流组件的设置提供空间，还能提高散热效果。Y向线性弹簧11为沿导轨16滑动的核心部分提供X向的非线性恢复力，使X向运动的核心部分具有不恒定的自振频率，可以在X向的更广泛的频率范围内与建筑结构发生共振，使建筑结构X向的能量能够迅速传递至核心部分上，并通过第二电涡流组件进行消耗，从而减小建筑结构X向的响应。
还包括Y向滑动组件；所述Y向滑动组件包括导杆13和吊环14；所述导杆13的两端分别与两张第一内支撑板3连接，所述吊环14可滑动地安装于导杆13，所述质量块4与吊环14连接。质量块4与吊环14一体连接，通过设置导杆13和吊环14，可提高质量块4沿Y向滑动的稳定性。
还包括X向滑动组件；所述X向滑动组件包括外底板15和导轨16；所述导轨16沿X向安装于外底板15，所述内底板1设置有滑槽19，所述内底板1通过滑槽19可滑动地安装于导轨16。通过设置导轨16，可提高核心部分沿X向滑动的稳定性。
还包括保护外壳，所述保护外壳包括外顶板17和第二外支撑板18，两张所述第二外支撑板18固定安装于外底板15，并分别位于导轨16的两端，第一外支撑板12和第二外支撑板18等高，第一内支撑板3与第二内支撑板8等高，两张外支撑板均高于两张内支撑板，为第二电涡流组件提供安装空间，第二铜板9固定在外顶板17的下表面。。两张第一外支撑板固定安装于外底板，所述外顶板扣设于第一外支撑板12和第二外支撑板18顶端。相邻两张第一外支撑板12和第二外支撑板18具有间隔，便于散热。
本实施例中，如图1所示，内底板整体成十字形，其具有向外的四个延伸端，两张第一内支撑板和两张第二内支撑板对应安装于四个延伸端，内顶板扣设于两张第一内支撑板和两张第二内支撑板的顶端，相邻两张内支撑板间具有间隔，便于散热。内底板通过导轨滑动安装于外底板，两张第一外支撑板和两张第二外支撑板安装于外底板，并与对应的内支撑板相对，相邻两张外支撑板间具有间隔，便于散热，外顶板扣设在两张第一外支撑板和两张第二外支撑板的顶端。X向线性弹簧设置在质量块与第二内支撑板之间，Y向线性弹簧设置在第一内支撑板与第二内支撑板之间，当建筑结构产生振动时，本装置中发生X、Y向往复滑动时，X向线性弹簧和Y向线性弹簧的布置使装置在X、Y向分别形成非线性刚度，使得本装置在两个方向上均具有不恒定的自振频率，因此装置可以在两个方向更广泛的频率范围内与建筑结构发生共振，使建筑结构两个方向的能量能够迅速传递至本装置，并通过两组电涡流组件进行消耗，从而降低建筑结构两个方向的响应，另外它不会因为刚度退化而导致减振性能迅速下降，相对于线性减振阻尼器具有鲁棒性强等优点。
具体实施时：
本装置中的外底板15可通过螺栓或其他形式固定在建筑结构的楼板上，当建筑结构发生Y向振动，质量块在Y向作往复运动，由于X向线性弹簧提供Y向的非线性恢复力，质量块能够在Y向更广泛的频率内与建筑结构发生共振，使建筑结构Y向的能量迅速传递给本装置，并通过第一电涡流组件阻尼力做功进行耗散，从而有效地抑制Y向结构振动。当结构发生X向振动时，包括质量块在内的核心部分作X向的往复运动，由于Y向线性弹簧提供X向的非线性恢复力，核心部分能够在X向更广泛的频率内与建筑结构发生共振，使建筑结构X向的能量迅速传递给本装置中，并通过第二电涡流组件阻尼力做功进行耗散，有效抑制X向结构振动。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：包括内底板、内顶板、第一内支撑板、质量块、第一电涡流组件和第二电涡流组件；所述内底板沿X向可滑动地设置，两张第一内支撑板沿Y向相对安装于内底板，所述内顶板扣设在两张第一内支撑板的顶端，所述质量块沿Y向可滑动地设置于两张第一内支撑板之间，所述第一电涡流组件安装于质量块与内底板之间，用于耗散Y向结构振动能量，所述第二电涡流组件安装于内顶板的上方，用于耗散X向结构振动能量。
2.根据权利要求1所述的双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：所述第一电涡流组件包括第一铜板和若干块第一永磁铁；所述第一铜板固定安装于内底板的上表面，若干块第一永磁铁均匀固定于质量块的下表面，第一永磁铁与第一铜板之间具有间隔。
3.根据权利要求1所述的双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：还包括第一牵引组件；所述第一牵引组件包括X向线性弹簧和第二内支撑板；两张第二内支撑板沿X向相对安装于内底板，两张所述第二内支撑板的顶端均与内顶板连接，所述X向线性弹簧沿X向分别位于质量块的两侧，所述X向线性弹簧的一端与质量块连接，其另一端与对应的第二内支撑板连接。
4.根据权利要求1所述的双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：所述第二电涡流组件包括第二铜板和若干块第二永磁铁；若干块所述第二永磁铁均匀安装于内顶板的上表面，所述第二铜板固定于第二永磁铁的上方，且所述第二永磁铁与第二铜板之间具有间隔。
5.根据权利要求1所述的双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：还包括第二牵引组件；所述第二牵引组件包括Y向线性弹簧和第一外支撑板，两张第一外支撑板沿Y向相对设置，并分别固定于两张第一内支撑板的外侧，所述Y向线性弹簧设置于第一外支撑板与第一内支撑板之间，且Y向线性弹簧的两端分别与第一外支撑板和第一内支撑板连接。
6.根据权利要求1所述的双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：还包括Y向滑动组件；所述Y向滑动组件包括导杆和吊环；所述导杆的两端分别与两张第一内支撑板连接，所述吊环可滑动地安装于导杆，所述质量块与吊环连接。
7.根据权利要求1所述的双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：还包括X向滑动组件；所述X向滑动组件包括外底板和导轨；所述导轨沿X向安装于外底板，所述内底板设置有滑槽，所述内底板通过滑槽可滑动地安装于导轨。
8.根据权利要求7所述的双向电涡流非线性能量阱减振装置，其特征在于：还包括保护外壳，所述保护外壳包括外顶板和第二外支撑板，两张所述第二外支撑板固定安装于外底板，并分别位于导轨的两端，第二外支撑板高于第一内支撑板，所述外顶板扣设于第二外支撑板的顶端。
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