CN114718361A - 一种半主动磁流变弹性体阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木工程抗震与减震领域，公开了一种半主动磁流变弹性体阻尼器，包括上端板、下端板、磁流变弹性体单元和弹性耗能结构；上端板下设置前端板、后端板和多层铝板，铝板前端设置磁流变弹性体，两边设置导线板连接两侧接线盒；下端板上设置左端板、右端板、多层钕磁铁，在钕磁铁和线圈盒之间设置第二、三竖板，在线圈盒和弹性耗能结构之间设置第一、四竖板；弹性耗能结构位于第一(四)竖板和前(后)端板之间；本发明在在不同能级地震时可以线性消耗地震能量，耗能能力随地震烈度增大而增大。
Description
技术领域
本发明属于土木工程抗震与减震领域，涉及一种半主动磁流变弹性体阻尼器。
背景技术
与传统现浇混凝土剪力墙相比，装配式混凝土剪力墙结构具有生产效率高，节省能源材料等优点，这是未来建筑发展的新趋势。然而，装配式剪力墙对比现浇结构剪力墙整体性差，抗震性能有待提高。
常规预制装配式钢筋混凝土剪力墙在地震作用下，主要依靠构件连接处的损伤和结构构件的损伤来消耗能量，结构整体的耗能能力不足。
阻尼器可以有效的吸收和消耗地震能量，通过自身的损坏耗能有效的保护结构安全。在实现可恢复功能结构的这几种方法中，目前最具有可操作性的是可更换结构，在结构中设置可更换的结构构件，在强震时使结构的损伤主要集中在可更换构件，不仅可以利用其有效耗散地震输入结构能量，而且有利于震后对受损的可更换构件快速更换，尽快恢复结构的正常使用功能。
将结构某部位强度削弱，如在该部位开洞或者设置延性耗能构件，将削弱部位或耗能构件设置为可更换构件，并与主体结构通过方便拆卸的装置连接。在地震作用下，结构将破坏集中于可更换构件，通过延性可更换构件发生塑性变形，耗散地震输入能量，保护主体结构不受破坏或只受微小破坏，地震作用后只需更换耗能构件即可恢复结构功能。
然而传统阻尼器在不同能级地震下耗能能力不足，导致阻尼器在初始耗能阶段刚度较大，减震效果不好。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种半主动磁流变弹性体阻尼器，解决传统阻尼器在不同能级地震下耗能能力不足的情况，该阻尼器的耗能可根据地震大小可以实现不同等级的耗能，减震性能较传统阻尼器突出。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种半主动磁流变弹性体阻尼器，包括上端板、下端板、左端板、右端板、前端板和后端板，上端板设置在下端板的上方，左端板和右端板固定设置在下端板的上部并分别位于左右两侧，前端板和后端板分别固定安装在上端板下部的前后两端，前端板和后端板位于左端板和右端板之间，下端板与前端板以及与后端板之间均通过弹性耗能结构连接；上端板、下端板、左端板、右端板、前端板和后端板围成的第一空腔的中部设有电磁感应耗能单元，电磁感应耗能单元包括磁铁和非铁磁性金属板，非铁磁性金属板的上端与上端板连接，非铁磁性金属板的左右两侧均设有磁铁，磁铁与下端板连接，非铁磁性金属板的前后两端均设有磁流变弹性体，下端板上在电磁感应耗能单元的前后两侧均设有与磁流变弹性体相接触的竖板；所述第一空腔中在电磁感应耗能单元的前后两侧均设有线圈，非铁磁性金属板的左右两侧均连接有导线，非铁磁性金属板左右两侧的导线分别与电磁感应耗能单元的前侧的线圈两接线端连接以及分别与电磁感应耗能单元的后侧的线圈的两接线端连接。
优选的，所述电磁感应耗能单元包括N块非铁磁性金属板和N+1块磁铁，N块非铁磁性金属板间隔设置并相互平行，N+1块磁铁间隔设置并相互平行，每一块非铁磁性金属板对应插入相邻两块磁铁之间的间隔区域内，N默认取正整数。
优选的，所有非铁磁性金属板的前端通过第一导线串联，所有非铁磁性金属板的后端通过第二导线串联，沿着最左侧的非铁磁性金属板的左侧面设有第三导线，沿着最右侧的非铁磁性金属板的右侧面设有第四导线，第一导线的左右两端分别与第三导线的前端以及第四导线的前端连接，第三导线的前端以及第三导线的前端分别与电磁感应耗能单元的前侧的线圈两接线端连接，第三导线的后端以及第四导线的后端第二导线的左右两端分别与第三导线的后端以及第四导线的后端连接，第三导线的后端以及第四导线的后端分别与电磁感应耗能单元的后侧的线圈两接线端连接。
优选的，电磁感应耗能单元前后两侧的线圈均采用若干并联在一起的线圈组。
优选的，非铁磁性金属板的左右两侧的磁铁极性相反设置，线圈的轴线与非铁磁性金属板垂直，电磁感应耗能单元前后两侧的线圈磁极方向相反。
优选的，所述磁铁采用钕磁铁，非铁磁性金属板采用铝板。
优选的，所述下端板上在左端板和右端板之间从前往后依次固定设有第一竖板、第二竖板、第三竖板和第四竖板，第一竖板设置于电磁感应耗能单元前侧的线圈与前端板之间，第一竖板与前端板之间设有弹性耗能结构；第二竖板设置于电磁感应耗能单元的前侧的以及其前侧的线圈之间，第三竖板设置于电磁感应耗能单元的后侧的以及其后侧的线圈之间，第四竖板设置于电磁感应耗能单元后侧的线圈与后端板之间，第四竖板与后端板之间设有弹性耗能结构，第二竖板和第三竖板分别与非铁磁性金属板前后两侧的磁流变弹性体相接触。
优选的，所述弹性耗能结构包括减震器和SMA弹簧，第一竖板和前端板之间设置减震器，SMA弹簧套在减震器的外部，SMA弹簧的两端分别与第一竖板和前端板相抵；
第四竖板与后端板之间设置减震器，SMA弹簧套在减震器的外部，SMA弹簧的两端分别与第四竖板与后端板相抵。
优选的，上端板与前端板之间、上端板和后端板之间均设置若干道加劲肋。
优选的，上端板和下端板均设有螺栓孔洞，螺栓孔洞用于安装固定阻尼器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果。
本发明半主动磁流变弹性体阻尼器，通过设置上端板、下端板，在上端板上设置前端板和后端板，下端板上设置左侧端板、右侧端板，上端板与下端板会产生相对移动，在移动中会通过前后端板与左右端板进行摩擦耗能，弹性耗能结构能够在来回压缩进行耗能，磁流变弹性体减震单元通过非铁磁性金属板与其前后两端的竖板来回压缩进行耗能，在非铁磁性金属板来回耗能的过程中，切磁铁之间的磁感线，使得非铁磁性金属板内部产生电流，磁场也会对非铁磁性金属板的运动产生阻碍作用，而产生的电流则通过导线在流到线圈后产生磁场，使得整个磁场变得更强，磁流变弹性体的力学性能会根据磁场强度的增强而相应的增强，所吸收的能量也会根据地震的大小、切割磁感线产生电流的大小而近似于线性变化，线性的吸收能量，在地震发生时根据地震的不同而产生相应的电流和磁场来影响磁流变弹性体的耗能能力，实现一种半主动的吸收能量的方式。本发明有利于改变阻尼器的刚度附加效应问题，使得能量逐渐线性吸收，达到能量吸收的最大化。
附图说明
图1为本发明半主动磁流变弹性体阻尼器的整体结构示意图。
图2为本发明半主动磁流变弹性体阻尼器侧视剖面图。
图3为本发明半主动磁流变弹性体阻尼器下端板及其上安装的部件透视图。
图4为本发明半主动磁流变弹性体阻尼器上端板及其上安装的部件结构示意图。
图5为本发明半主动磁流变弹性体阻尼器采用的线圈盒内部结构示意图。
其中：1-上端板；2-下端板；3-左端板；4-右端板；5-前端板；6-后端板；7-第一竖板；8-第二竖板；9-第三竖板；10-第四竖板；11-钕磁铁；12-铝板；13-磁流变弹性体；14-线圈盒；141-线圈；142-连接件；15-SMA弹簧；16-减震器；17-导线板；17-1-第一导线；17-2-第二导线；17-3-第三导线；17-4-第四导线；18-导线；19-加劲肋。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1至图5，本发明半主动磁流变弹性体阻尼器包括上端板1、下端板2、左端板3、右端板4、前端板5和后端板6，上端板1设置在下端板2的上方，左端板3和右端板4固定设置在下端板2的上部并分别位于左右两侧，前端板5和后端板6分别固定安装在上端板1下部的前后两端，前端板5和后端板6位于左端板3和右端板4之间，上端板1、下端板2、左端板3、右端板4、前端板5和后端板6围成的第一空腔的中部设有电磁感应耗能单元，电磁感应耗能单元包括N块非铁磁性金属板和N+1块磁铁，N取大于等于1的整数，N块非铁磁性金属板间隔设置并相互平行，N+1块磁铁间隔设置并相互平行，每一块非铁磁性金属板对应插入相邻两块磁铁之间的间隔区域内，非铁磁性金属板的上端与上端板1连接，磁铁与下端板2连接，非铁磁性金属板的前后两端均设有磁流变弹性体13，所述第一空腔中在电磁感应耗能单元的前后两侧均设有线圈盒14，线圈盒内部设有线圈141和连接件142，线圈141通过连接件142设置在线圈盒内部。下端板2上在左端板3和右端板4之间从前往后依次固定设有第一竖板7、第二竖板8、第三竖板9和第四竖板10，第一竖板7设置于电磁感应耗能单元前侧的线圈盒14与前端板5之间，第一竖板7与前端板5之间设有弹性耗能结构；第二竖板8设置于电磁感应耗能单元的前侧的以及其前侧的线圈盒14之间，第三竖板9设置于电磁感应耗能单元的后侧的以及其后侧的线圈盒14之间，第四竖板10设置于电磁感应耗能单元后侧的线圈盒14与后端板6之间，第四竖板10与后端板6之间设有弹性耗能结构，第二竖板8和第三竖板9分别与非铁磁性金属板前后两侧的磁流变弹性体13相接触。参照图1-图3，弹性耗能结构包括减震器16和SMA弹簧15，第一竖板7和前端板5之间设置减震器16，SMA弹簧15套在减震器16的外部，SMA弹簧15的两端分别与第一竖板7和前端板5相抵；第四竖板10与后端板6之间设置减震器16，SMA弹簧15套在减震器16的外部，SMA弹簧15的两端分别与第四竖板10与后端板6相抵。上端板1与前端板5之间、上端板1和后端板6之间均设置若干道加劲肋19。上端板1和下端板2均设有螺栓孔洞，螺栓孔洞用于安装固定阻尼器。
为了提高磁流变弹性体13的耗能效果，本发明在电磁感应耗能单元前后两侧的线圈均可采用若干并联在一起的线圈组，这样能够提高磁场的强度；为了更进一步的提高磁流变弹性体13的耗能效果，还可以将非铁磁性金属板的左右两侧的磁铁极性相反设置，线圈141的轴线与非铁磁性金属板垂直，电磁感应耗能单元前后两侧的线圈磁极方向相反。
本发明中，磁铁可采用钕磁铁，非铁磁性金属板可采用铝板。如图1和图4所示，上端板1上设置导线板17，导线板17上设置导线18进一步连接下端板2上设置的线圈盒14，铝板12的前端通过第一导线17-1串联，所有铝板12的后端通过第二导线17-2串联，沿着最左侧的铝板12的左侧面设有第三导线17-3，沿着最右侧的铝板12的右侧面设有第四导线17-4，第一导线17-1的左右两端分别与第三导线17-3的前端以及第四导线17-4的前端连接，第三导线17-3的前端以及第四导线17-4的前端分别与电磁感应耗能单元的前侧的线圈两接线端连接，第二导线17-2的左右两端分别与第三导线17-3的后端以及第四导线17-4的后端连接，第三导线17-3的后端以及第四导线17-4的后端分别与电磁感应耗能单元的后侧的线圈两接线端连接。
如图3和图4所示，5组钕磁铁11均匀布置在下端板上，中间留出铝板12和磁流变弹性体13的空间，电磁感应耗能单元前后两侧分别设置三个一组的线圈盒14，每组线圈盒中，三个线圈盒上下叠放，线圈盒14中线圈141的轴线平行；钕磁铁11的个数以及铝板12的个数均可根据建筑物的抗震实际结构进行调整，线圈盒14、钕磁铁11和铝板12的个数越多，对应的抗震等级越高。
本发明中，上端板1与下端板2能够产生相对移动，在移动中会通过前后端板与左右端板进行摩擦耗能，弹性耗能结构通过弹簧15与减震器16，在第一(四)竖板与前(后)端板之间来回压缩进行耗能，磁流变弹性体减震单元通过铝板12与第二、三竖板来回压缩进行耗能。
铝板12来回耗能的过程中，切割钕磁铁11之间的磁感线，使得铝板内部产生电流，磁场也会对铝板的运动产生阻碍作用，而产生的电流则通过设置在铝板上部的导线板流向导线中，最后通过导线在流到第一(三)竖板和第二(四)竖板之间设置的导线盒14之中，电流通过线圈141后产生磁场，使得整个磁场变得更强，磁流变弹性体的力学性能会根据磁场强度的增强而相应的增强，所吸收的能量也会根据地震的大小、切割磁感线产生电流的大小而近似于线性变化，线性的吸收能量，在地震发生时根据地震的不同而产生相应的电流和磁场来影响磁流变弹性体的耗能能力，实现一种半主动的吸收能量的方式。本发明有利于改变阻尼器的刚度附加效应问题，使得能量逐渐线性吸收，达到能量吸收的最大化。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，包括上端板(1)、下端板(2)、左端板(3)、右端板(4)、前端板(5)和后端板(6)，上端板(1)设置在下端板(2)的上方，左端板(3)和右端板(4)固定设置在下端板(2)的上部并分别位于左右两侧，前端板(5)和后端板(6)分别固定安装在上端板(1)下部的前后两端，前端板(5)和后端板(6)位于左端板(3)和右端板(4)之间，下端板(2)与前端板(5)以及与后端板(6)之间均通过弹性耗能结构连接；上端板(1)、下端板(2)、左端板(3)、右端板(4)、前端板(5)和后端板(6)围成的第一空腔的中部设有电磁感应耗能单元，电磁感应耗能单元包括磁铁和非铁磁性金属板，非铁磁性金属板的上端与上端板(1)连接，非铁磁性金属板的左右两侧均设有磁铁，磁铁与下端板(2)连接，非铁磁性金属板的前后两端均设有磁流变弹性体(13)，下端板(2)上在电磁感应耗能单元的前后两侧均设有与磁流变弹性体(13)相接触的竖板；所述第一空腔中在电磁感应耗能单元的前后两侧均设有线圈(141)，非铁磁性金属板的左右两侧均连接有导线，非铁磁性金属板左右两侧的导线分别与电磁感应耗能单元的前侧的线圈两接线端连接以及分别与电磁感应耗能单元的后侧的线圈的两接线端连接。
2.根据权利要求1所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，所述电磁感应耗能单元包括N块非铁磁性金属板和N+1块磁铁，N块非铁磁性金属板间隔设置并相互平行，N+1块磁铁间隔设置并相互平行，每一块非铁磁性金属板对应插入相邻两块磁铁之间的间隔区域内。
3.根据权利要求2所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，所有非铁磁性金属板的前端通过第一导线串联，所有非铁磁性金属板的后端通过第二导线串联，沿着最左侧的非铁磁性金属板的左侧面设有第三导线，沿着最右侧的非铁磁性金属板的右侧面设有第四导线，第一导线的左右两端分别与第三导线的前端以及第四导线的前端连接，第三导线的前端以及第三导线的前端分别与电磁感应耗能单元的前侧的线圈两接线端连接，第三导线的后端以及第四导线的后端第二导线的左右两端分别与第三导线的后端以及第四导线的后端连接，第三导线的后端以及第四导线的后端分别与电磁感应耗能单元的后侧的线圈两接线端连接。
4.根据权利要求1所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，电磁感应耗能单元前后两侧的线圈均采用若干并联在一起的线圈组。
5.根据权利要求1所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，非铁磁性金属板的左右两侧的磁铁极性相反设置，线圈(141)的轴线与非铁磁性金属板垂直，电磁感应耗能单元前后两侧的线圈磁极方向相反。
6.根据权利要求1所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，所述磁铁采用钕磁铁，非铁磁性金属板采用铝板。
7.根据权利要求1所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，所述下端板(2)上在左端板(3)和右端板(4)之间从前往后依次固定设有第一竖板(7)、第二竖板(8)、第三竖板(9)和第四竖板(10)，第一竖板(7)设置于电磁感应耗能单元前侧的线圈与前端板(5)之间，第一竖板(7)与前端板(5)之间设有弹性耗能结构；第二竖板(8)设置于电磁感应耗能单元的前侧的以及其前侧的线圈之间，第三竖板(9)设置于电磁感应耗能单元的后侧的以及其后侧的线圈之间，第四竖板(10)设置于电磁感应耗能单元后侧的线圈与后端板(6)之间，第四竖板(10)与后端板(6)之间设有弹性耗能结构，第二竖板(8)和第三竖板(9)分别与非铁磁性金属板前后两侧的磁流变弹性体(13)相接触。
8.根据权利要求7所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，所述弹性耗能结构包括减震器(16)和SMA弹簧(15)，第一竖板(7)和前端板(5)之间设置减震器(16)，SMA弹簧(15)套在减震器(16)的外部，SMA弹簧(15)的两端分别与第一竖板(7)和前端板(5)相抵；
第四竖板(10)与后端板(6)之间设置减震器(16)，SMA弹簧(15)套在减震器(16)的外部，SMA弹簧(15)的两端分别与第四竖板(10)与后端板(6)相抵。
9.根据权利要求1所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，上端板(1)与前端板(5)之间、上端板(1)和后端板(6)之间均设置若干道加劲肋(19)。
10.根据权利要求1所述的一种半主动磁流变弹性体阻尼器，其特征在于，上端板(1)和下端板(2)均设有螺栓孔洞，螺栓孔洞用于安装固定阻尼器。
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| CN110409901A (zh) * | 2019-08-15 | 2019-11-05 | 武汉理工大学 | 基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器 |
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| CN111236460A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-06-05 | 山东大学 | 一种多维自供电式磁流变减振装置 |
| CN113585508A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-02 | 武汉理工大学 | 基于磁流变弹性体的智能斜撑阻尼器 |
-
2022
- 2022-04-28 CN CN202210462462.XA patent/CN114718361B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 侯中福;: "基于单筒式磁流变减振器的结构设计", 内燃机与配件, no. 19, 15 October 2020 (2020-10-15) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN114718361B (zh) | 2024-05-14 |
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