CN1124994A - 用于大型建筑物的移动阻尼器 - Google Patents
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Abstract
一种阻尼器，设置于两个部件之间，以阻尼两个部件之间可能产生的移动，包括：同心的元件，它们各连接于所述部件中单独的一个，可塑性变形的能量吸收材料的体容纳于所述同心元件之间，并受到至少接近于能量吸收材料剪切屈服应力的流体静压力，该装置于同心元件之间形成一挤压孔口，在两个部件之间发生移动时，能量吸收材料被挤压而通过孔口，而阻尼所述的移动。
Description
本发明涉及一种阻尼器，即通常所说的挤压阻尼器，用于减小在各种建筑物和设备中所产生的移动或位移的影响。
本发明的阻尼器可用于大型的建筑物，例如桥梁或大厦中，以减小在地震或强风时所引起的移动的影响。其也可以用于阻尼大型或小型可移动物体的移动。其也可以用于阻尼工业机械或发动机等的移动，或阻尼民用装置例如洗衣机的移动，或其他任何需要阻尼移动，振动等等的场合。其也可以用于阻尼由于热膨胀所引起的位移。本发明的阻尼器有各种应用。
已知作为挤压阻尼器的装置，其利用某些材料的塑性变形来吸收能量。美国专利NO.3,833,093描述了一种挤压阻尼器，其包括一种能量吸收材料，它们封闭在通常为一圆柱体的细长外管和能在外管中纵向移动的轴之间。吸收材料通常为铅，而外管和轴通常由钢构成。外管和轴的两端连接于一个建筑物的两个部件之间，两个部件在地震或所产生的其他移动时会相对运动。对这种装置和有关装置的全面描述可参见“地震隔绝介绍”，R.I.Skinner，W.H.Robinson和G.H.Mcverry，1993。
由于几种原因，铅是最好的可变形能量吸收材料。首先，它在大约10.5MPa的室温剪应力下屈服，这与其他的金属和等效的塑性材料相比是低的。第二，随着屈服变形，通过再结晶和相关的过程，其能较快地恢复机械特性，而能在常温的周期剪应力下提供良好的抗加工硬化性。第三，铅能容易达到所需的纯度而表现出它的特性。
实际上，这种阻尼器都是单独地设计，通过阻尼作用在其上的某种运动来保护特定的建筑物，防止其被破坏。它们的特性相当接近于理想的库伦(Coulomb)阻尼器，具有大致矩形的力—位移滞后回线，并实际上有一独立于宽的频率范围的比率。对这种装置的性能的研究还在继续。
本发明的目的是改进这种用于地震隔绝和其他场合的阻尼器的性能。
本发明提供了一种阻尼器，设置在两个部件之间，用于阻尼在两个部件之间产生的移动，包括：同心的元件，它们各连接于所述部件中单独的一个，可塑性变形的能量吸收材料的体容纳于所述同心元件之间，并受到至少接近于能量吸收材料剪切屈服应力的流体静压力，该装置于同心元件之间形成一挤压孔口，在两个部件之间发生移动时，能量吸收材料被挤压而通过孔口，而阻尼所述的移动。
最好能量吸收材料的体受到一超过能量吸收材料的剪切屈服应力的流体静压力。最好流体静压力是5MPa或更多，最好为10—100MPa的范围内。
能量吸收材料最好是铅，但其他的能量吸收材料也可以应用，例如铅合金，在例如大约200℃高温的铝，锡，锌，铜，铁，超塑合金，或其他有低加工硬化率的任何材料，也包括密集填充的颗粒材料，如钢珠，玻璃珠，氧化铝，硅土，碳化硅或其他很硬的颗粒材料。
在本发明的一种形式中，外同心件包括一伸长的外管，能量吸收材料固定在其中。内同心件包括一轴，其有一加大直径的部分，形成一孔口，产生移动时，能量吸收材料被挤压通过该孔口。轴可以沿其长度任意包括一组直径加大的部分，而形成一组孔口，在产生移动时，能量吸收材料被挤压通过这些孔口。
在本发明的另一种形式中，外同心件包括一伸长的外管，内同心件包括一轴，能量吸收材料的体固定在轴上。外管包括一直径减小的部分，其穿过外管的内部，而形成一孔口，发生移动时，能量吸收材料被挤压通过该孔口。并且，外管可以包括一组直径减小穿过外管内部的部分，形成一组孔口，能量吸收材料被挤压通过这些孔口。
本发明的阻尼器可用于隔绝地震的场合，以阻尼大型建筑物如桥梁或大厦中由地震引起的移动，和由强风等等引起的振动。它们也可以用于其他需要阻尼运动和震动的场合。例如，本发明的阻尼器可用于发动机或其他工业机械的运动阻尼。在民用中，本发明的阻尼器可以用于洗衣机，旋转干燥机，或洗盘机，以隔离震动。本发明的小型阻尼器也可用作敏感的电气设备——例如录相机机构等——的“微型隔离器”，以及其他的类似场合。可以设想本发明的挤压阻尼器有许多种应用，而不仅限于地震隔绝阻尼器。
下面通过实施例并参照附图对本发明进行描述。
图1是本发明的阻尼器一种形式的透视图；
图2是图1中阻尼器的纵剖视图；
图3显示了与图1和2相似的本发明阻尼器另一种形式的纵剖视图；
图4也显示了与图1和2相似的本发明阻尼器的另一种形式的纵剖视图；
图5也显示了与图1和2相似的本发明阻尼器的又一种形式的纵剖视图；
图6显示了本发明阻尼器又一种形式的纵剖视图；
图7显示了本发明阻尼器的又一种形式，类似于图6的纵剖视图；
图8和图9是莫尔圆结构图，下面将通过本发明的阻尼器对其进一步描述；
图1—5所示的阻尼器各包括一外管1，其通常由钢构成，并可以是图示的圆柱形，但也可以是其他的截面形状，例如椭圆形。在各种情况下，轴2可以在箭头A的方向通过外管1纵向运动。轴在外管1中不一定要对中定位，而是可以稍微偏置。轴通常也由钢构成。
轴2和外管1形成了同心元件，并且外管1和轴2之间的空间充以可塑性变形的材料3，例如铅，以致在使用中，轴可以通过铅运动。
轴2运动穿过端盖4，端盖4对轴的一端构成了一支承，轴也穿过在另一侧浮动的支承件5，一管状间隔件6位于在外管1另一端的端盖7和浮动的支承件5之间。
轴2的中部2a有一加大的直径。图1显示了阻尼器的外部，而图2—5显示了阻尼器的纵剖视图，示出了它们的结构上的变化，这将在后面描述。
在使用中，阻尼器的外管1通过一适当的机械连接件连接于建筑物或其他结构物的一个部件，轴通过其端部2b连接于另一部件，在产生移动时，两个部件可能会相对运动。当用于地震隔绝时，在地震引起的移动过程中，轴2——特别是直径加大的部分2a——被强迫通过可变形材料3，例如铅。在工作中，铅被挤压通过轴2的加大部分2a和外管之间形成的孔口。通过动能转换为塑性变形能和热能，并在再结晶的过程和其他自然产生的恢复过程中进一步转变为热能，而能产生阻尼作用。
在图2—5中，轴2包括一直径加大的部分2a，但轴也可以包括许多这样的加大部分，以增加阻尼效果。
根据本发明，能量吸收材料3例如铅可以在至少接近并最好超过材料剪切屈服应力的流体静压力下进行预加应力，以使材料总是处于压缩状态。可采用5MPa或更高的，典型地为10MPa—30MPa的铅压力，但发现高达100MPa或更高的铅压力是有效的。
通过图8和9所示的莫尔圆结构可以简要地说明流体静压力的作用，其能使应力的适当的张量描述用二维空间表示。施加于物体的流体静压力然后被限定为作用在其上的三个主应力总量的三分之一。在图8中，流体静压力为0，主拉应力σX，主压应力σY，和最大剪应力σ’XY在量级上都是相等的。在图9中，已施加了一与剪应力σ’XY相等的流体静压力P。最大拉应力为0，以致物体总是在压缩。所以，物体受拉时不能破坏。
再看图2—5，图中显示了将流体静压力施加在铅3(或其他的能量吸收材料)上的各种布置。在图2中，在管形间隔件6和端盖7之间有一垫块，其包括一层例如橡胶的弹性材料8和例如钢的刚性材料9。在图3中，在吸收材料3的各端有一弹性材料例如橡胶的垫块10。在这两种情况时，间隔件5的长度应使当端盖4被拧紧时，所需的流体静压力能施加在铅3上。在图4中，吸收材料3的体外围绕一弹性材料——例如橡胶，或强化橡胶或其他弹性材料——的套管11。在图5中，吸收材料全部地包围在这种弹性材料层12中。可交替采用拧上端盖或多重地拧入栓塞，或液压地驱动栓塞而在不同的位置接触铅和施加压力。
在每种情况下，能量吸收材料3可以直接地浇铸在外管1内的位置并围绕轴2。在图4和5的实施例中，在绕轴浇铸之后，橡胶套管或壳可以沿铅体展开，然后再将铅体和轴压配合入外壳之中。
所上所述，阻尼器的整个截面形状，可以是圆柱形，也可以是椭圆形，方形，矩形，或其他任何所需的形状。
轴和阻尼器的其他部分可以任意地覆盖聚四氟乙烯，瓷料，氮化钛，硬陶材料，玻璃等等。
在阻尼器的装配时，最好将部件覆以高温/高压润滑脂或其他润滑脂。
图6和图7显示了本发明的阻尼器的另一种形式。该阻尼器通常也包括一外管21，其通常由钢制造，其最好为圆柱形，但也可为其他截面形状。在图6中，外管21的一个部分被冲压形成一直径减小的颈部21a，如图所示。一两端22a加大的轴22穿过外管21。轴的端部22a在外管21中形成柱塞。可具有一密封件26例如迷宫密封件，以使轴的柱塞部22a与外管的内孔形成密封。图中显示了轴22的柱塞端部22a的剖面。轴22的端部至少在一侧伸出外管之外，而能使轴进入使用位置进行连接。轴有一直径减小的中部22b。在图中，轴显示了三个部分，其有一直径减小的中部22b，并在两端22c拧入大直径部分22a。
铅体23或其他能量吸收材料固定于轴22的直径减小的部分22b周围。可以通过将柱塞端部22a拧紧在中轴部22b上而在封闭在外管1内的铅上施加一所需的压力，而使铅受到一流体静压力。也可以有其他的布置形式。
在使用中，外管1连接于建筑物或其他结构物的一个构件，而轴的一或两端连接于在所产生的运动中可相对于第一构件移动的第二构件。在这种移动中——例如用于地震隔绝时的地震引起的移动，轴22相对于外管21运动，所以就迫使铅体23通过由外管内直径减小的颈部21a所形成的孔口，通过将动能转换成塑性变形能和热量，并在再结晶过程和其他自然产生的恢复过程中进一步转换成热量，从而产生阻尼作用。
图7显示了与图6相似的阻尼器，只是外管具有一组直径减小的颈部21a，而有效地形成一组孔口，在发生移动时，铅3被挤压通过孔口，而增加阻尼作用。
并且，轴和外管的内部可以覆盖以聚四氟乙烯，瓷料，氮化钛等等，并且，阻尼器的部分在装配时可以覆盖以高温润滑脂，如前面所述一样。
本发明可有许多变型，都在本发明的精神范围之中。
Claims (12)
1.一种阻尼器，设置于两个部件之间，以阻尼两个部件之间可能产生的移动，包括：同心的元件，它们各连接于所述部件中单独的一个，可塑性变形的能量吸收材料的体容纳于所述同心元件之间，并受到至少接近于能量吸收材料剪切屈服应力的流体静压力，该装置于同心元件之间形成一挤压孔口，在两个部件之间发生移动时，能量吸收材料被挤压而通过孔口，而阻尼所述的移动。
2.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：外同心元件包括一伸长的外管装置，能量吸收材料的体固定在其中，内同心元件包括一轴，轴包括一加大直径的部分，从而形成一孔口，在发生移动时，能量吸收材料被挤压通过孔口。
3.如权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：外同心元件包括一伸长的外管装置，内同心元件包括一轴，能量吸收材料的体固定在轴上，伸长的外管包括一直径减小穿入外管内部的部分，从而形成一孔口，在发生移动时，能量吸收材料被挤压通过孔口。
4.如权利要求3所述的阻尼器，其特征在于：伸长的外管装置沿其长度包括一组直径减小的部分，而形成一组孔口，在发生移动时，能量吸收材料被挤压通过孔口。
5.如权利要求1—4中任一所述的阻尼器，其特征在于：能量吸收材料的体受到一超过能量吸收材料的剪切屈服应力的流体静压力。
6.如权利要求1—4中任一所述的阻尼器，其特征在于：能量吸收材料的体受到一10MPa或更大的流体静压力。
7.如权利要求1—4中任一所述的阻尼器，其特征在于：能量吸收材料的体受到一超过20MPa的流体静压力。
8.如权利要求1—7中任一所述的阻尼器，其特征在于：能量吸收材料由铅构成。
9.如权利要求5—8中任一所述的阻尼器，其特征在于：施加所述流体静压力的装置至少包括一个弹性元件。
10.如权利要求2所述的阻尼器，其特征在于：轴覆盖以聚四氟乙烯，瓷料，氮化钛，或其他陶磁材料，或玻璃。
11.如权利要求3或4所述的阻尼器，其特征在于：外管内部覆盖以聚四氟乙烯，瓷料，氮化钛，或其他陶磁材料，或玻璃。
12.一种前面描述的并参照附图的阻尼器。
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