CN113435062A - 一种新型集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法 - Google Patents

一种新型集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113435062A
CN113435062A CN202110829274.1A CN202110829274A CN113435062A CN 113435062 A CN113435062 A CN 113435062A CN 202110829274 A CN202110829274 A CN 202110829274A CN 113435062 A CN113435062 A CN 113435062A
Authority
CN
China
Prior art keywords
vibrator
plate
damping
constraint
plates
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.)
Granted
Application number
CN202110829274.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113435062B (zh
Inventor
孙飞飞
董飞
褚濛
李国强
丁振坤
金华建
王波
尹文汉
曹舟
龚琪
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.)
Tongji University
Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd
Original Assignee
Tongji University
Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd
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 Tongji University, Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co Ltd filed Critical Tongji University
Priority to CN202110829274.1A priority Critical patent/CN113435062B/zh
Publication of CN113435062A publication Critical patent/CN113435062A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113435062B publication Critical patent/CN113435062B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/04—Constraint-based CAD
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/06—Multi-objective optimisation, e.g. Pareto optimisation using simulated annealing [SA], ant colony algorithms or genetic algorithms [GA]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本发明公开了一种新型集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法，属于减振技术领域。装置包括连接板、固定在连接板上的连接筒以及固定安装在连接筒的侧壁上的至少一个振子，振子包括两个相对布置的约束板以及夹设于两个约束板之间的阻尼层。或者装置包括连接板、固定在连接板上连接杆、可活动套设在连接杆上的至少一个振子以及可拆卸连接在连接杆上的紧固件；振子包括两个相对布置的约束板、设置在两个约束板之间的限位框以及夹设于两个约束板之间且围绕限位框的周向侧壁均匀间隔布置的多个阻尼层；每个振子背向紧固件的一侧均设置有垫板。本发明结构简洁且便于模块化生产,不需要复杂结构支持其安装，可通过调整振子数量来调节装置的有效质量。

Description

一种新型集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法
技术领域
本发明涉及减震技术领域，特别涉及一种新型集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法。
背景技术
建筑物中的设备、管道振动会引起支承结构的振动，支承结构的振动不仅对结构安全造成不利，还会产生噪声进而影响人员的身心健康。通过共振将结构的振动能量吸收到吸振器上是一种常用的减振技术手段，传统最常用的吸振措施包括调谐质量阻尼以及约束阻尼板等。
传统的应用于建筑结构中的调谐质量阻尼器(TMD)采用螺旋弹簧或者板弹簧作为弹性元件，采用钢块等密度大的材料作为质量元件，采用高分子聚合物或者粘滞液体作为阻尼材料，三者共同组成弹簧-质量-阻尼系统，并通过改变质量元件的大小来实现调谐吸振的目的。这种方案对于控制极低频率(10hz以内)、较高的振幅的结构振动是有效的，例如大跨结构的人致振动、高耸结构的风致振动等。但是，由管道设备振动导致的工业建筑结构的振动具有频率相对较高(50hz以上)、频率范围宽、振动幅度微小的特点，这导致传统的调谐吸振装置针对结构高频微幅振动问题具有明显的不足。
公开号为CN109518826A的中国发明专利公开了一种传统的悬臂梁式TMD减振装置，包括悬臂弹簧钢板、悬臂末端配重钢板和连接板；该装置虽然可以实现高频及调谐目标，但是该装置没有设置增加阻尼的构造或装置，无法进行阻尼比设计，因此无法达到最优阻尼比要求。
公开号为CN103422403A的中国发明专利公开了一种跨高低频宽带板式动力吸振器，该装置采用间隔式约束阻尼构造实现了高频高阻尼比目标，但由于其构造复杂，且密集频率和阻尼比相互耦合，无法根据目标需求进行快速设计和制作；而且高频高阻尼吸振器的尺寸较小，导致其有效质量较小。
公开号为CN106284725A的中国发明专利公开了一种约束阻尼开槽圆盘波导吸振器及其设计方法，该吸振器装置也可以实现高频高阻尼比目标，但是其制作和设计复杂，需要采用有限元软件进行优化设计；实现高频高阻尼目标同样会导致结构尺寸缩小，使得吸振器的有效质量较小，并且无法根据需求调节有效质量。
发明内容
针对现有技术存在的应用于建筑结构的减振装置结构复杂、有效质量小或者无法进行获得最优阻尼比的问题，本发明的目的在于提供一种新型集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，本发明提供一种新型集合悬臂式高频吸振装置，包括连接板、固定在所述连接板上的连接筒以及固定安装在所述连接筒的侧壁上的至少一个振子，所述振子包括两个相对布置的约束板以及夹设于两个所述约束板之间的阻尼层。
优选的，当所述振子有多个时，多个所述振子沿所述连接筒的轴向方向分布在至少一个层阶上，且每个所述层阶均包括有多个周向均匀且间隔分布的所述振子。
进一步的，每个所述层阶中所述振子的数量相同，且各个所述层阶上的所述振子沿所述连接筒的轴向方向正对。
更进一步的，所述连接筒的截面为矩形，每个所述层阶均包括有四个所述振子，且四个所述振子分别固定连接在所述连接筒的四个侧壁上。
另一方面，本发明还提供一种新型集合悬臂式高频吸振装置，包括连接板、固定在所述连接板上连接杆、可活动地套设在所述连接杆上的至少一个振子以及可拆卸连接在所述连接杆上且用于将所述振子固定的紧固件；
其中，所述振子包括两个相对布置的约束板、设置在两个所述约束板之间的限位框以及夹设于两个所述约束板之间且围绕所述限位框的周向侧壁均匀间隔布置的多个阻尼层；其中，两个所述约束板的相对处设置有通孔以使所述连接杆穿过，且所述通孔位于所述限位框内；
还包括垫板，所述垫板上开设有穿孔以套设在所述连接杆上，且每个所述振子背向所述紧固件的一侧均设置有所述垫板。
优选的，所述约束板包括板主体以及连接在所述板主体上的多个悬臂板；所述板主体与所述限位框相适配，且所述通孔设置在所述板主体上；述悬臂板的数量和分布位置与所述阻尼层的数量和分布位置相同，且所述悬臂板与所述阻尼层相适配。
进一步的，还包括调谐质量块，所述调谐质量块安装在所述振子上以调整所述振子的自振频率。
又一方面，本发明还提供一种上述的装置中振子的快速设计方法，包括以下步骤：
S1、根据被控结构的动力特性及激励特性确定最优目标参数，所述最优目标参数包括目标频率和目标阻尼比；
S2、根据所述最优目标参数以及预设的选材表确定约束板和阻尼层的材料；
S3、根据所述目标阻尼比以及预设的厚度比选值表，确定阻尼层与约束板的厚度比；
S4、根据振子的一阶阻尼比公式绘制不同的阻尼层与约束板厚度比下的阻尼比与跨高比关系曲线，再根据S3中获得的阻尼层与约束板的厚度比，确定振子的跨高比；
S5、根据振子的自振频率公式绘制不同的约束板厚度下的自振频率与跨高比关系曲线，再根据所述目标频率和S4中获得的跨高比，确定约束板的厚度；
S6、根据S5中获得的约束板的厚度以及S3中获得的阻尼层与约束板的厚度比确定阻尼层的厚度，并计算得出振子的总厚度，再根据S4中获得的跨高比获得振子的跨度。
优选的，在S4中，所述振子的一阶阻尼比公式为：
Figure BDA0003174893830000021
在S5中，所述振子的自振频率公式为：
Figure BDA0003174893830000022
其中，截面剪切参数
Figure BDA0003174893830000031
截面几何参数
Figure BDA0003174893830000032
复合截面抗弯刚度
Figure BDA0003174893830000033
β2为阻尼层的损耗因子，L为振子的悬臂长度，mtotal为振子的总质量，b为截面宽度，H1、H2、H3分别为振子中其中一个约束板厚度、阻尼层厚度和另一个约束板厚度，K1和K3分别为振子中两个约束板的拉压刚度，K1＝E1A1、K3＝E3A3，B1和B3分别为振子中两个约束板的抗弯刚度，B1＝E1I1、B3＝E3I3，E1和E3分别为振子中两个约束板的弹性模量，A1和A3分别为振子中两个约束板的横截面积，l1和l3分别为振子中两个约束板的宽度，G2为阻尼层的剪切模量，H31为振子中两个约束板形心间的距离，p为波数，其中一阶波数p为1.8751/L。
再一方面，本发明还提供一种上述装置的快速设计方法，包括以下步骤：
S11、获取被控结构的动力特性及激励特性确定最优目标参数，并通过权利要求9所述的方法确定振子的跨度以及其中约束层和阻尼层的材料和厚度，所述最优目标参数包括目标有效质量、目标频率和目标阻尼比；
S12、根据所述目标有效质量以及振子的一阶有效质量公式meq＝0.613mtotal确定振子的总质量，并根据所述振子的总质量确定振子的总宽度，其中，meq为目标有效质量，mtotal为振子的总质量；
S13、根据所述装置中所述振子的数量确定每个所述振子的宽度；
S14、根据已经确定的所述振子的各项尺寸数据确定连接板、连接筒或者连接杆的尺寸，并按照所述装置的设计结构制造出所述装置。
本发明的有益效果在于：本发明针对机械设备及管道振动导致的建筑结构高频受迫振动,运用TMD的减振原理,提供一种行之有效的减振装置,对主结构的高频振动进行削弱，该装置通过螺栓或焊接与被控结构紧密相连而形成一个整体,仅有振子与被控结构有相对运动。当被控结构受到扰力产生高频振动时,带动减振装置中的振子振动，基于共振原理,振子的频率与被控结构运动的频率接近或相同时而达到共振状态,在该状态下，减振装置会施加与被控结构运动反方向的力来减弱被控结构的运动,从而对被控结构起到保护作用；从能量的角度来说,被控结构振动的能量转移到减振装置上，从而由振子的阻尼层耗散掉,从而减少了被控结构的运动能量，实现减振目的。
附图说明
图1为本发明实施例一中减振装置的结构示意图；
图2为本发明实施例一中振子的结构示意图；
图3为本发明实施例一中减振装置的安装使用图；
图4为本发明实施例三中减振装置的结构示意图；
图5为本发明实施例三中减振装置的爆炸视图；
图6为本发明实施例五中振子的制备方法流程图；
图7为本发明实施例五中不同的阻尼层与约束板厚度比下的阻尼比与跨高比关系曲线图；
图8为本发明实施例五中不同的约束板厚度下的自振频率与跨高比关系曲线图；
图9为本发明实施例六中减振装置的制备流程图。
图中:1-连接板、2-连接筒、3-振子、31-约束板、32-阻尼层、33-限位框、4-被控结构、5-调谐质量块、6-连接杆、7-紧固件、8-垫板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
一种新型集合悬臂式高频吸振装置，如图1及图2所示，包括连接板1、固定在该连接板1上的连接筒2以及固定安装在该连接筒2的侧壁上的至少一个振子3，振子3包括两个相对布置的约束板31以及夹设于两个约束板31之间的阻尼层32。
其中，连接板1为平板结构，呈矩形，其四个角部分别设置有安装孔以便于通过螺钉或者螺栓可拆卸连接固定在被控结构4的表面；或者在另一实施例中，连接板1还可以通过焊接的方式固定在被控结构4的表面。连接筒2呈柱状结构，例如横截面为矩形的中空结构，以便于制造及降低重量，连接筒2的一个端部焊接或者螺栓连接在连接板1的表面上，并且通常使连接筒2垂直于连接板1。连接板1和连接筒2由刚性材料制造，例如钢或者铝合金等。
本实施例中，振子3中的约束板31采用刚性材料制造，例如钢或者铝合金，而阻尼层32则采用损耗因子和弹性模量均较大的粘弹性材料制造，例如聚氨酯或者橡胶，而阻尼层32的两个侧面通过粘胶粘接在两个约束板31之间，以确保相互之间连接紧密，防止滑移。而约束板31则通过焊接或者螺栓连接的方式垂直于地固定在连接筒2的侧壁上，从而使振子3以悬臂的形式安装在连接筒2上。
本实施例中，振子3有多个，多个振子3沿连接筒2的轴向方向分布在至少一个层阶上，相邻的两个层阶之间具有一定的间隙以便于为振子3提供充分的可变形空间，同时设置每个层阶均包括有多个周向均匀且间隔分布的振子3。并且，每个层阶中振子3的数量相同，且各个层阶上的振子3沿连接筒2的轴向方向正对。可以理解的是，由于连接筒2呈矩形，因此每个层阶上的振子3的数量为四个，四个振子3分别固定连接在连接筒2的四个侧壁上。优选的，配置振子3为矩形构造，其宽度与连接筒2的侧壁的宽度相同，其厚度以及跨度(垂直于连接筒2侧壁的方向)根据被控结构4的目标参数确定。
如此设置，使用时，将上述的减振装置固定安装在被控结构4的表面，如图3所示，通常会在被控结构4的表面安装多个减振装置。当被控结构4受到干扰振动时，带动减振装置中的振子3振动，而当振子3的自振频率与被控结构4的振动频率接近或相同时，振子3达到共振状态，在该状态下，减振装置会施加于被控结构4振动反方向的力来减弱被控结构4的振动，另外，从能量的角度来说,被控结构4振动的能量转移到减振装置上，从而由振子3的阻尼层32耗散掉,进而减少了被控结构4的运动能量，实现减振目的。
可以理解的是，连接筒2上安装的振子3也可以是一个，例如，将上述位于同一层阶中的四个振子3合并为一个即可，如此设置，可以降低振子3的安装次数。
另外，可以理解的是，由于被控结构4的振动频率不是一成不变的，因此为了使上述的减振装置具有较宽的减振频段，具体使用时，可配置每一层阶、甚至是每个振子3具有不同的自振频率，具体是通过调整振子3中阻尼层32的材料、约束板31的材料、约束板31的厚度、阻尼层32的厚度、阻尼层32与约束板31的厚度比、振子3的跨度以及振子3的跨厚比中的一个或者多个来实现。
实施例二
其与实施例一的区别在于：还包括调谐质量块5，调谐质量块5固定在振子3上以调整振子3的自振频率。
本实施例中，调谐质量块5采用较大密度的材料制造，例如钢，通过焊接、螺钉连接或者粘接的方式固定在振子3中的约束板31上。其安装时优选固定在振子3远离连接筒2的一端，从而以较小的质量获得较好的调谐效果。另外，调谐质量块5配置为长条状结构，安装时使其长度方向平行于振子3的宽度方向。
实施例三
一种新型集合悬臂式高频吸振装置，如图4及图5所示，包括连接板1、固定在连接板1上连接杆6、可活动地套设在连接杆6上的至少一个振子3以及可拆卸连接在连接杆6上且用于将振子3固定的紧固件7。
其中，振子3的结构与实施例一和二中的结构不同，本实施例中，振子3不但包括两个相对布置的约束板31，还包括设置在两个约束板31之间的限位框33，另外还包括夹设于两个约束板31之间且围绕限位框33的周向侧壁均匀间隔布置的多个阻尼层32。其中，两个约束板31的相对处设置有通孔以使上述的连接杆6穿过，并且通孔位于限位框33内；
该减振装置还包括垫板8，垫板8上开设有穿孔以便于可活动地套设在连接杆6上使用，并且每个振子3背向紧固件7的一侧均设置有垫板8，从而使得相邻的振子3之间以及振子3与连接板1之间均具有一定的间隙，使振子3具有充足的变形空间。并且可以理解的是，为了防止紧固件7落入到约束板31上的通孔内，在紧固件7与约束板31之间也布置一垫板8，同时还能够使紧固件7的压力更加均匀地覆盖到振子3上。
本实施例中，配置限位框33为由板材拼接而成的矩形结构，其布置在约束板31的中部位置，从而使两个约束板31的外围相对处形成用于布置阻尼层32的空间，其中，限位框33一方面用于限制阻尼层32的位置，另一方面用于加强振子3整体的结构稳定性。其中，阻尼层32配置为矩形，阻尼层32的宽度与限位框33的侧边长度相同，阻尼层32的跨度适于使阻尼层32的外部边沿与约束板31的外部边沿对齐。从而使阻尼层32以及位于其两侧的约束板31的外围部分作为一个整体以悬臂形式存在，从而形成类似于实施例一的结构，但本实施例具有模块化设计、便于制造和装卸的特点。
本实施例中，配置连接杆6为柱状结构，其远离连接板1的一端设置有螺纹，而将紧固件7配置为螺母并旋拧在连接柱6上，从而通过旋拧螺母将振子3压紧固定。或者，在另一个实施例中，还可以配置紧固件7为可在连接杆6上轴向滑动的滑套，该滑套上旋拧有螺钉，从而通过旋拧螺钉使该螺钉抵接到连接杆6上，以此实现紧固件7对振子3的紧固作用。
例如，在一个实施例中，设置约束板31包括板主体以及连接在该板主体上的多个悬臂板；其中，板主体的尺寸和形状均与限位框33的尺寸和形状相适配，以便于从两侧覆盖在限位框33上，同时，上述的通孔开设在该板主体上。另外，配置悬臂板的数量和分布位置与阻尼层32的数量和分布位置相同，并且配置悬臂板的形状和尺寸均与阻尼层32的形状和尺寸相适配，以便于从两侧覆盖在阻尼层32上。
同样的道理，由于被控结构4的振动频率不是一成不变的，因此为了使上述的减振装置具有较宽的减振频段，具体使用时，可配置每一层阶、甚至是每个振子3具有不同的自振频率，具体是通过调整振子3中阻尼层32的材料、约束板31的材料、约束板31的厚度、阻尼层32的厚度、阻尼层32与约束板31的厚度比、振子3的跨度以及振子3的跨厚比中的一个或者多个来实现。
本实施例提供的减振装置，与现有技术相比，该装置形式简洁、可分块制作,便于工厂模块化生产,提高加工效率,缩短施工周期,适用性强；其与被控结构4之间的连接方式简单,不需要复杂的结构体系来支持其安装；该装置还可以通过调整振子数量来调节减振装置的有效质量。
实施例四
其与实施例三的区别在于：还包括调谐质量块5，调谐质量块5固定在振子3上以调整振子3的自振频率。
本实施例中，调谐质量块5采用较大密度的材料制造，例如钢，通过焊接、螺钉连接或者粘接的方式固定在振子3中的约束板31上。其安装时优选固定在振子3远离连接杆6的一端，从而以较小的质量获得较好的调谐效果。另外，调谐质量块5配置为长条状结构，安装时使其长度方向平行于振子3的宽度方向。
实施例五
一种上述实施例提供的装置中振子3的快速设计方法，如图6所示，包括以下步骤：
S1、根据被控结构的动力特性及激励特性确定最优目标参数，最优目标参数包括目标频率和目标阻尼比。
S2、根据最优目标参数以及预设的选材表确定约束板和阻尼层的材料。通常，当目标频率和阻尼比较大时选用弹性模量较大和密度较小(如铝材、钢材)的材料来制作约束板，同时选用损耗因子和弹性模量较大的粘弹性材料(如聚氨酯、橡胶)来制作阻尼层。
S3、根据目标阻尼比以及预设的厚度比选值表，确定阻尼层与约束板的厚度比。通常，设置两个约束板的厚度相同，合理的阻尼层与约束板的厚度比的取值范围为20-40，当目标阻尼比较大时取大值。
S4、根据振子的一阶阻尼比公式绘制不同的阻尼层与约束板厚度比下的阻尼比与跨高比关系曲线，如图7所示，再根据S3中获得的阻尼层与约束板的厚度比，确定振子的跨高比。
本实施例中，振子的一阶阻尼比公式为：
Figure BDA0003174893830000071
其中，截面剪切参数
Figure BDA0003174893830000072
截面几何参数
Figure BDA0003174893830000073
复合截面抗弯刚度
Figure BDA0003174893830000074
β2为阻尼层的损耗因子，G2为阻尼层的剪切模量，b为阻尼层以及约束板的截面宽度，p为波数，其中一阶波数p为1.8751/L，L为振子的悬臂长度，H2为阻尼层的厚度，K1和K3分别为振子中两个约束板的拉压刚度，K1＝E1A1、K3＝E3A3，E1和E3分别为振子中两个约束板的弹性模量，A1和A3分别为振子中两个约束板的横截面积，B1和B3分别为振子中两个约束板的抗弯刚度，B1＝E1I1、B3＝E3I3，l1和l3分别为振子中两个约束板的宽度，H31为振子中两个约束板形心间的距离。
S5、根据振子的自振频率公式绘制不同的约束板厚度下的自振频率与跨高比关系曲线，如图8所示，再根据目标频率和S4中获得的跨高比，确定约束板的厚度。
本实施例中，振子的自振频率公式为：
Figure BDA0003174893830000075
其中，mtotal为振子的总质量，B为复合截面的抗弯刚度，L为振子的悬臂长度。
S6、根据S5中获得的约束板的厚度以及S3中获得的阻尼层与约束板的厚度比确定阻尼层的厚度，并计算得出振子的总厚度，再根据S4中获得的跨高比获得振子的跨度。
例如，选择采用表1所示的材料制作振子，根据被控结构的动力特性及激励特性确定TMD的最优目标参数(目标频率、目标阻尼比)，本示例就TMD的目标频率为200Hz、目标阻尼比为10％的TMD进行振子的快速设计制造。
材料 密度kg/m3 弹性模量 泊松比 损耗因子
阻尼层 SP100 352.8 2.65MPa 0.49 0.47
约束板 Q235 7850 206GPa 0.3 0
表1
首先根据振子的一阶阻尼比公式绘制不同阻尼层与约束层厚度比下的阻尼比与跨高比关系曲线，如图7所示，根据振子的自振频率公式绘制不同约束板厚度下的自振频率与跨高比关系曲线，如图8所示；然后根据TMD的目标阻尼比10％选择合适的阻尼层与约束层厚度比，本例选择H2/H1＝30，H2为阻尼层的厚度，H1为约束板的厚度，据此可确定振子的跨高比L/H＝1.75；然后根据由阻尼比确定的振子跨高比可在自振频率与跨高比关系曲线中确定约束层厚度H1＝0.0014m；至此满足TMD目标阻尼比及目标频率的振子的尺寸完全确定，即H3＝H1＝0.0014m，H2＝30H1＝0.042m，L＝1.75H＝0.0784m。
为了进一步验证设计得到的振子的自振频率及阻尼比是否为200Hz的目标频率和10％的目标阻尼比，本例进一步利用ANSYS软件进行数值分析，数值分析得到的振子的自振频率为203.44Hz，与目标频率的偏差不超过2％，利用模态应变能法计算得到的振子的一阶阻尼比为9.965％，与目标阻尼比的偏差不超过5‰，说明该方法制备的振子具有较高的精度。
实施例六
一种上述实施例中减振装置的快速设计方法，该方法基于实施例五所述的方法制造的振子实现，如图9所示，本实施例的方法包括以下步骤：
S11、获取被控结构的动力特性及激励特性以确定最优目标参数，并通过实施例五中的方法确定振子的跨度以及其中约束层和阻尼层的材料和厚度，其中，上述的最优目标参数包括目标有效质量、目标频率和目标阻尼比。
S12、根据目标有效质量，确定振子的总质量，并根据振子的总质量确定振子的总宽度。
其中，振子的总质量通过一阶有效质量公式meq＝0.613mtotal计算获得，meq为目标有效质量，mtotal为振子的总质量，0.613为振子的一阶有效质量比。由于振子中约束层和阻尼层的材料和厚度已知，因此其密度也是已知的，从而可计算出振子的总体积，又由于振子的厚度和跨度已知，因此可以计算得到振子的总宽度。
S13、根据装置中振子的数量确定每个振子的宽度。只需要用振子的总宽度除以振子的数量即可。
S14、根据已经确定的振子的各项尺寸数据确定连接板、连接筒或者连接杆的尺寸，并按照装置的设计结构制造出装置。在振子的各项尺寸数据已知的情况下，适应性地制造连接板、连接筒或者连接杆后，按照上述实施例一至四描述的减振装置的结构进行制造即可。
例如本实施例中，在实施例五的数据基础上，设置TMD的目标有效质量为100kg，可计算得到所需的振子的总宽度为34.663m，如果被控结构上安装的减振装置有多个且以分布式布置，则一共需要布置10个减振装置，再如果每个减振装置通过实施例一的形式结构进行制造，以设置五个层阶且每个层阶布置四个振子计算，则单个振子的宽度b为0.1733m。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型集合悬臂式高频吸振装置，其特征在于：包括连接板、固定在所述连接板上的连接筒以及固定安装在所述连接筒的侧壁上的至少一个振子，所述振子包括两个相对布置的约束板以及夹设于两个所述约束板之间的阻尼层。
2.根据权利要求1所述的一种新型集合悬臂式高频吸振装置，其特征在于：当所述振子有多个时，多个所述振子沿所述连接筒的轴向方向分布在至少一个层阶上，且每个所述层阶均包括有多个周向均匀且间隔分布的所述振子。
3.根据权利要求2所述的一种新型集合悬臂式高频吸振装置，其特征在于：每个所述层阶中所述振子的数量相同，且各个所述层阶上的所述振子沿所述连接筒的轴向方向正对。
4.根据权利要求3所述的一种新型集合悬臂式高频吸振装置，其特征在于：所述连接筒的截面为矩形，每个所述层阶均包括有四个所述振子，且四个所述振子分别固定连接在所述连接筒的四个侧壁上。
5.一种新型集合悬臂式高频吸振装置，其特征在于：包括连接板、固定在所述连接板上连接杆、可活动地套设在所述连接杆上的至少一个振子以及可拆卸连接在所述连接杆上且用于将所述振子固定的紧固件；
其中，所述振子包括两个相对布置的约束板、设置在两个所述约束板之间的限位框以及夹设于两个所述约束板之间且围绕所述限位框的周向侧壁均匀间隔布置的多个阻尼层；其中，两个所述约束板的相对处设置有通孔以使所述连接杆穿过，且所述通孔位于所述限位框内；
还包括垫板，所述垫板上开设有穿孔以套设在所述连接杆上，且每个所述振子背向所述紧固件的一侧均设置有所述垫板。
6.根据权利要求5所述的一种新型集合悬臂式高频吸振装置，其特征在于：所述约束板包括板主体以及连接在所述板主体上的多个悬臂板；所述板主体与所述限位框相适配，且所述通孔设置在所述板主体上；述悬臂板的数量和分布位置与所述阻尼层的数量和分布位置相同，且所述悬臂板与所述阻尼层相适配。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种新型集合悬臂式高频吸振装置，其特征在于：还包括调谐质量块，所述调谐质量块安装在所述振子上以调整所述振子的自振频率。
8.一种如权利要求1-7任一项所述的装置中振子的快速设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、根据被控结构的动力特性及激励特性确定最优目标参数，所述最优目标参数包括目标频率和目标阻尼比；
S2、根据所述最优目标参数以及预设的选材表确定约束板和阻尼层的材料；
S3、根据所述目标阻尼比以及预设的厚度比选值表，确定阻尼层与约束板的厚度比；
S4、根据振子的一阶阻尼比公式绘制不同的阻尼层与约束板厚度比下的阻尼比与跨高比关系曲线，再根据S3中获得的阻尼层与约束板的厚度比，确定振子的跨高比；
S5、根据振子的自振频率公式绘制不同的约束板厚度下的自振频率与跨高比关系曲线，再根据所述目标频率和S4中获得的跨高比，确定约束板的厚度；
S6、根据S5中获得的约束板的厚度以及S3中获得的阻尼层与约束板的厚度比确定阻尼层的厚度，并计算得出振子的总厚度，再根据S4中获得的跨高比获得振子的跨度。
9.一种如权利要求1-7任一项所述装置的快速设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
S11、获取被控结构的动力特性及激励特性确定最优目标参数，并通过权利要求8所述的方法确定振子的跨度以及其中约束层和阻尼层的材料和厚度，所述最优目标参数包括目标有效质量、目标频率和目标阻尼比；
S12、根据所述目标有效质量以及振子的一阶有效质量公式meq＝0.613mtotal确定振子的总质量，并根据所述振子的总质量确定振子的总宽度，其中，meq为目标有效质量，mtotal为振子的总质量；
S13、根据所述装置中所述振子的数量确定每个所述振子的宽度；
S14、根据已经确定的所述振子的各项尺寸数据确定连接板、连接筒或者连接杆的尺寸，并按照所述装置的设计结构制造出所述装置。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：
在S4中，所述振子的一阶阻尼比公式为：
Figure FDA0003174893820000021
在S5中，所述振子的自振频率公式为：
Figure FDA0003174893820000022
其中，截面剪切参数
Figure FDA0003174893820000023
截面几何参数
Figure FDA0003174893820000024
复合截面抗弯刚度
Figure FDA0003174893820000025
β2为阻尼层的损耗因子，L为振子的悬臂长度，mtotal为振子的总质量，b为截面宽度，H1、H2、H3分别为振子中其中一个约束板厚度、阻尼层厚度和另一个约束板厚度，K1和K3分别为振子中两个约束板的拉压刚度，K1＝E1A1、K3＝E3A3，B1和B3分别为振子中两个约束板的抗弯刚度，B1＝E1I1、B3＝E3I3，E1和E3分别为振子中两个约束板的弹性模量，A1和A3分别为振子中两个约束板的横截面积，l1和l3分别为振子中两个约束板的宽度，G2为阻尼层的剪切模量，H31为振子中两个约束板形心间的距离，p为波数，其中一阶波数p为1.8751/L。
CN202110829274.1A 2021-07-22 2021-07-22 一种集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法 Active CN113435062B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110829274.1A CN113435062B (zh) 2021-07-22 2021-07-22 一种集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110829274.1A CN113435062B (zh) 2021-07-22 2021-07-22 一种集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113435062A true CN113435062A (zh) 2021-09-24
CN113435062B CN113435062B (zh) 2023-05-02

Family

ID=77761384

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110829274.1A Active CN113435062B (zh) 2021-07-22 2021-07-22 一种集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113435062B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114838233A (zh) * 2022-05-12 2022-08-02 西北工业大学 一种应用于高压管道的环形动力吸振装置

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060159295A1 (en) * 2003-12-26 2006-07-20 Yasuharu Onishi Piezoelectric actuator
US20060169557A1 (en) * 2005-02-01 2006-08-03 Material Sciences Corporation Constrained layer viscoelastic laminate tuned mass damper and method of use
CN101220844A (zh) * 2002-09-02 2008-07-16 株式会社小松制作所 减振装置
CN101592206A (zh) * 2009-07-06 2009-12-02 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种扭转悬臂式减振器
CN103486179A (zh) * 2013-07-11 2014-01-01 浙江永隆机械有限公司 一种阻尼吸振器
EP3020863A1 (en) * 2013-07-10 2016-05-18 Qingdao Create Environment Control Technology Co., Ltd. Rail vibration absorber
CN106087721A (zh) * 2016-06-28 2016-11-09 杜桂菊 超薄抗震支座
CN205877050U (zh) * 2016-07-27 2017-01-11 武汉理工大学 一种频率可调的宽频动力吸振器
CN106931071A (zh) * 2017-04-28 2017-07-07 特变电工股份有限公司 一种工业设备组合式隔震支座
CN107559376A (zh) * 2017-08-08 2018-01-09 郑州轻工业学院 一种可动附加质量诱导变模态特性的减振装置与方法
CN108547430A (zh) * 2018-05-15 2018-09-18 孙霞伢 一种pvc地板
CN109518547A (zh) * 2018-12-03 2019-03-26 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种钢轨降噪阻尼器及其制作安装方法、减振降噪方法
CN109518826A (zh) * 2019-01-06 2019-03-26 大连理工大学 一种抽水蓄能电站厂房结构振动控制装置及控制方法
CN110029533A (zh) * 2019-05-17 2019-07-19 西南交通大学 一种轨道隔振器及轨道隔振系统
CN110344539A (zh) * 2018-11-30 2019-10-18 内蒙古工业大学 一种钢管混凝土耗能组合柱及其制作方法
CN211734577U (zh) * 2019-12-19 2020-10-23 湖北浩利源纺织有限公司 一种节能细纱机的锭子吸振安装座

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101220844A (zh) * 2002-09-02 2008-07-16 株式会社小松制作所 减振装置
US20060159295A1 (en) * 2003-12-26 2006-07-20 Yasuharu Onishi Piezoelectric actuator
US20060169557A1 (en) * 2005-02-01 2006-08-03 Material Sciences Corporation Constrained layer viscoelastic laminate tuned mass damper and method of use
CN101592206A (zh) * 2009-07-06 2009-12-02 浙江吉利汽车研究院有限公司 一种扭转悬臂式减振器
EP3020863A1 (en) * 2013-07-10 2016-05-18 Qingdao Create Environment Control Technology Co., Ltd. Rail vibration absorber
CN103486179A (zh) * 2013-07-11 2014-01-01 浙江永隆机械有限公司 一种阻尼吸振器
CN106087721A (zh) * 2016-06-28 2016-11-09 杜桂菊 超薄抗震支座
CN205877050U (zh) * 2016-07-27 2017-01-11 武汉理工大学 一种频率可调的宽频动力吸振器
CN106931071A (zh) * 2017-04-28 2017-07-07 特变电工股份有限公司 一种工业设备组合式隔震支座
CN107559376A (zh) * 2017-08-08 2018-01-09 郑州轻工业学院 一种可动附加质量诱导变模态特性的减振装置与方法
CN108547430A (zh) * 2018-05-15 2018-09-18 孙霞伢 一种pvc地板
CN110344539A (zh) * 2018-11-30 2019-10-18 内蒙古工业大学 一种钢管混凝土耗能组合柱及其制作方法
CN109518547A (zh) * 2018-12-03 2019-03-26 株洲时代新材料科技股份有限公司 一种钢轨降噪阻尼器及其制作安装方法、减振降噪方法
CN109518826A (zh) * 2019-01-06 2019-03-26 大连理工大学 一种抽水蓄能电站厂房结构振动控制装置及控制方法
CN110029533A (zh) * 2019-05-17 2019-07-19 西南交通大学 一种轨道隔振器及轨道隔振系统
CN211734577U (zh) * 2019-12-19 2020-10-23 湖北浩利源纺织有限公司 一种节能细纱机的锭子吸振安装座

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
董飞 等: "钢板夹层阻尼高频TMD两阶段设计方法", 《建筑钢结构进展》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114838233A (zh) * 2022-05-12 2022-08-02 西北工业大学 一种应用于高压管道的环形动力吸振装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113435062B (zh) 2023-05-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8752667B2 (en) High bandwidth antiresonant membrane
US20060169557A1 (en) Constrained layer viscoelastic laminate tuned mass damper and method of use
JP5128486B2 (ja) 振動および音波輻射抑制のための能動型／受動型分布式吸収器
CN111365399A (zh) 一种可调节便携式动力吸振器及其操作方法
EP2445025A1 (en) Active/passive absorber for vibration and sound radiation control
CN113435062A (zh) 一种新型集合悬臂式高频吸振装置及其快速设计方法
EP3499499A1 (en) An anti-resonant panel and methods of making the same
JP5070527B2 (ja) 振動および音波輻射抑制のための能動型／受動型分布式吸収器
US20050274084A1 (en) Anti-seismic device with vibration-reducing units arranged in parallel
JP3640648B2 (ja) 防音装置
JP6257247B2 (ja) 制振装置
JP2008046618A (ja) 固体音低減構造
CN113513101B (zh) 一种调谐吸振装置
JP2003004094A (ja) 配管制振装置
JP3807163B2 (ja) 建築構造物の制振装置
CN214698936U (zh) 用于波纹夹芯板低频减振降噪的共形嵌入式超材料装置
JP4623513B2 (ja) 面材の遮音下地構造
RU2020132409A (ru) Акустически комфортное помещение с шумозащитным оборудованием
JP2003343161A (ja) ドア構造
TWI405914B (zh) 雙樑式倍頻吸振器
RU2020132405A (ru) Акустически комфортное помещение с шумозащитным оборудованием
RU2020100250A (ru) Акустичкски комфортное помещение с шумозащитным оборудованием
JP2024012099A (ja) 防振部材及び天井構造
RU2020135203A (ru) Система защиты от шума и вибрации производственных зданий и сооружений
RU2020107583A (ru) Акустически комфортное помещение с шумозащитным оборудованием

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
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: 200092 Siping Road 1239, Shanghai, Yangpu District

Patentee after: TONGJI University

Patentee after: Shanghai Nuclear Engineering Research and Design Institute Co.,Ltd.

Address before: 200092 Siping Road 1239, Shanghai, Yangpu District

Patentee before: TONGJI University

Patentee before: SHANGHAI NUCLEAR ENGINEERING RESEARCH & DESIGN INSTITUTE Co.,Ltd.