CN117569474A - 一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法 - Google Patents

一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117569474A
CN117569474A CN202311772354.3A CN202311772354A CN117569474A CN 117569474 A CN117569474 A CN 117569474A CN 202311772354 A CN202311772354 A CN 202311772354A CN 117569474 A CN117569474 A CN 117569474A
Authority
CN
China
Prior art keywords
inertial
mass
flywheel
tuned
damper
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.)
Pending
Application number
CN202311772354.3A
Other languages
English (en)
Inventor
王文熙
黄河
华旭刚
陈政清
陈孛
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.)
Hunan University
Original Assignee
Hunan University
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 Hunan University filed Critical Hunan University
Priority to CN202311772354.3A priority Critical patent/CN117569474A/zh
Publication of CN117569474A publication Critical patent/CN117569474A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • 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
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • 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
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及建筑物减振技术领域，提供了一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法，其中调谐惯质电涡流阻尼器包含包含活动块、惯性飞轮和运动转换机构；所述活动块通过弹性元件连接于被控结构，所述惯性飞轮转动连接于被控结构；所述运动转换机构一端连接于所述惯性飞轮，另一端连接于所述活动块，所述运动转换机构能够将所述活动块的直线运动转换为所述惯性飞轮的旋转运动；所述惯性飞轮上固定有磁体，所述被控结构上固定有导体。本发明能解决现有的结构振动控制采用粘滞阻尼器或TMD，但粘滞阻尼器造价高，且长期使用容易发生性能下降，导致运维成本高昂；而TMD的减振效果与质量块的质量对应，容易导致质量块质量过大的问题。

Description

一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法
技术领域
本发明涉及建筑物减振技术领域，特别是一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法。
背景技术
建筑物结构在外部载荷的作用下会发生振动，例如大跨度斜拉桥与悬索桥，在车辆载荷、风荷载以及地震等外部载荷的作用下会发生显著的纵桥向振动，因此对于建筑结构而言，振动控制设计至关重要。目前振动控制多直接采用粘滞阻尼器或TMD(Tuned MassDamper，调谐质量阻尼器)来控制。
粘滞阻尼器一般包含壳体和活塞，壳体固定于被控结构，例如房屋或桥梁，且壳体内部填充有阻尼液，活塞滑动设置于壳体中；当壳体随被控结构发生振动时，活塞会在壳体内部往复运动，从而将被控结构振动的机械能转变为活塞的动能，并通过阻尼液与活塞之间的剧烈摩擦转化为热能耗散掉，进而减少主结构的振动。
但粘滞阻尼器的造价较高，且由于使用了液压油，在液压油老化污染、密封失效等各种问题的影响下，目前常用的粘滞阻尼器在3-5年后的阻尼性能会出现显著下降，具有后期运维成本高昂的问题。
而TMD则一般包含质量块、弹簧系统和阻尼元件；其中质量块滑动连接于被控结构，弹簧系统和阻尼元件均连接于质量块和被控结构之间，当被控结构发生振动时，质量块会在对应方向上往复运动，进而反复压缩弹簧系统和阻尼元件，从而对被控结构振动的机械能进行吸收和耗散。
采用传统的TMD对纵向振动进行控制时存在所需质量块过大的问题。TMD的减振效果和质量块的质量成正比，因此在应用于大型被控结构时，往往会出现质量块质量过大的问题，一方面会造成TMD的造价高昂，另一方面也会导致质量块对被控结构造成过大的载荷；同时TMD的阻尼元件也常采用包含阻尼液的机械油压阻尼器，同样有造价高昂、长期使用后性能下降、运维成本高昂的问题。
发明内容
本发明的目的在于：解决现有的结构振动控制采用粘滞阻尼器或调谐质量阻尼器(简称TMD)时产生的问题，包含粘滞阻尼器造价高，且长期使用容易发生性能下降，导致运维成本高昂；TMD的减振效果与质量块的质量对应，容易导致质量块质量过大的问题，提供了一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种调谐惯质电涡流阻尼器，包含活动块、惯性飞轮和运动转换机构；
所述活动块通过弹性元件连接于被控结构，所述弹性元件伸长或缩短能够带动所述活动块直线运动；
所述惯性飞轮转动连接于被控结构；所述运动转换机构一端连接于所述惯性飞轮，另一端连接于所述活动块，所述运动转换机构能够将所述活动块的直线运动转换为所述惯性飞轮的旋转运动；
所述惯性飞轮上固定有磁体，所述被控结构上固定有导体，所述惯性飞轮旋转能够使所述导体切割所述磁体的磁感线。
弹性元件的具体布置根据实际减振需求而定，例如若需要控制被控结构沿水平方向的振动，则可使弹性元件的伸缩方向沿水平方向；若需要控制被控结构沿竖直方向的振动，则可使弹性元件的伸缩方向沿竖直方向；弹性元件包含但不限于橡胶块、气体碟簧、碟簧、波形弹簧。
运动转换机构可采用各种能将直线运动转换为旋转运动的机构，例如曲柄滑块机构、滚动丝杆机构、拉索滑轮机构。
惯性飞轮参考现有技术，既可以使用均质圆盘结构，也可以采用将质量集中于惯性飞轮边缘的非均质圆盘结构；导体材质包含但不限于铁、铝、钨，只要能在旋转时与磁体作用并产生涡流，从而作为电涡流阻尼器工作即可。
本方案的调谐惯质电涡流阻尼器的工作原理为，当被控结构发生某一方向的振动时，弹性元件会在对应方向上反复伸长和收缩，从而带动活动块做直线往复运动，该直线往复运动会通过运动转换机构转变为惯性飞轮的往复旋转运动，从而将被控结构振动的机械能转变为惯性飞轮旋转的角动量；由于惯性飞轮在旋转过程中会产生惯性质量，相比于现有TMD中的质量块，在惯性飞轮和质量块的质量相同的情况下，本方案具有更大的等效质量，从而具有更好的减振效果；反之若所需减振效果相同，则本方案的惯性飞轮的质量可以制作得更小。
同时，惯性飞轮在往复旋转的过程中带动磁体相对导体运动，使导体能够切割磁体产生的磁感线，从而在导体内部产生涡流并对磁体产生阻力，该阻力会传递到惯性飞轮上，一方面该阻力能够增加本方案的阻尼力，从而提升本方案的减振效果，另一方面也能逐渐减慢惯性飞轮的旋转速度，从而将惯性飞轮旋转的角动量转换为惯性飞轮的内能，进而达到耗散振动机械能的作用；相比于现有的粘滞阻尼器，本方案在工作过程中导体无需直接与磁体接触，也无需类似阻尼液一样的工作流体，因此具有机械摩擦小、使用寿命长、运维成本低的优势。
综上，本方案的调谐惯质电涡流阻尼器通过惯性飞轮产生惯性质量，并利用磁体和惯性飞轮组合为电涡流阻尼器，相比于现有的TMD，在惯性飞轮和质量块的质量相同的情况下，本方案具有更大的等效质量和阻尼力，从而具有更好的减振效果；反之在减振需求相同的情况下，则本方案的惯性飞轮的质量可以制作得更小，从而降低本方案的材料消耗和制造成本。同时相比于现有的粘滞阻尼器，本方案具有机械摩擦小、使用寿命长、运维成本低的优势。
作为本发明的优选方案，所述运动转换机构包含齿轮和齿条；所述齿轮与所述惯性飞轮同轴固定连接，所述齿条一端固定于所述活动块，另一端与所述齿轮啮合。
本方案采用齿轮齿条机构作为运动转换机构，能通过调整齿轮的尺寸调整齿轮旋转圈数和齿条运动长度的比值，例如通过缩小齿轮的尺寸，使齿轮在齿条运动长度相同的情况下旋转更多圈，从而放大被控结构的振动，使齿轮和飞轮能在被控结构振幅较小的情况下仍然具有足够的转速，进而确保本方案的在该情况下的减振效果；同时相比于其它机构，例如连杆机构，齿轮齿条机构没有死点，因而能够更加稳定可靠地进行直线运动和旋转运动的转换。
作为本发明的优选方案，所述活动块与所述被控结构之间设置有滚轮组件。
滚轮组件既可以固定于活动块上，面朝被控结构设置，也可以固定于被控结构上，面朝活动块设置。
本方案在活动块和被控结构之间设置滚轮组件，能够避免活动块直接与被控结构滑动摩擦，从而减少活动块和被控结构由于相对运动而产生的磨损，提高本方案的调谐惯质电涡流阻尼器和被控结构的使用寿命。
作为本发明的优选方案，所述导体背离所述惯性飞轮的一面还设置有背铁。
背铁可以采用现有成熟结构，并使用导磁性能好的材料，例如纯铁制作而成。
本方案在导体背离惯性飞轮的一面设置背铁，能够防止惯性飞轮上的磁体的磁感线向空气中扩散，从而确保有更多的磁感线能够对导体进行切割。
作为本发明的优选方案，所述磁体的数量大于一；所述磁体沿所述惯性飞轮的周向间隔分布。
本方案沿惯性飞轮周向间隔设置多个磁体，当飞轮旋转时，能够同时在导体沿其周向的各处产生涡流，从而同时对飞轮的各处产生阻力、提高本方案消耗飞轮旋转角动量的效率，进而能提高本方案的减振效率。
作为本发明的优选方案，所述磁体为永磁体。
本方案采用永磁体作为磁体，相比于使用电磁铁的方案能够免去励磁设备和对应的供电设备，从而能够降低本方案的制造成本以及运维成本，同时也能减少故障点，提高本方案运行的可靠性。
作为本发明的优选方案，所述导体为铜制构件。
本方案的导体材质采用具有良好导电性能和热传导性能的铜，一方面能使导体更加高效地感应和传导涡流，从而提高本方案耗散飞轮旋转角动量的效率，另一方面也有助于导体快速将热量传递到周围环境中。
一种调谐惯质电涡流阻尼器设计方法，应用于本发明的一种调谐惯质电涡流阻尼器，包含以下步骤：
根据减振需求确定调谐惯质电涡流阻尼器的质量比μ；根据μ计算最优频率比vopt，根据vopt计算调谐惯质电涡流阻尼器的频率ωT；
根据μ确定惯性飞轮的转动惯量I；根据ωT确定弹性元件的刚度KT。
需要注意的是，转动惯量I的确定和弹性元件的刚度KT的确定先后顺序并不固定，例如，可以先根据μ确定I，再根据vopt计算调谐惯质电涡流阻尼器的频率ωT；或先完成刚度KT的计算，再确定I。
质量比和最优频率比的关系可以参考现有的TMD最优设计公式：
式中，υopt为最优频率比，ζopt为最优阻尼比，μ为调谐惯质电涡流阻尼器的质量比；质量比的具体值根据实际减振需求而定，质量比越大，减振效果越好，但不宜取值过大，否则一方面会导致本方案的制造成本和制造难度增大，另一方面也会对被控结构产生过大的载荷。
根据μ确定惯性飞轮的转动惯量I的具体方式根据实际情况而定，例如先初定一个I值，再通过仿真计算或实验分析的方式确定系统的实际质量比μr，对比μ和μr，若μ和μr的差值满足设计要求，则可以确定该I值为设计值；若μ和μr的差值不满足设计要求，则可以反复选取I值和验证μ和μr的差，直至满足设计要求为止；根据ωT确定弹性元件的刚度KT同理，也可通过初选KT值，再计算或测量实际频率比，并与vopt进行对比，直至对比结果满足设计要求为止。
惯性飞轮的转动惯量I的具体公式根据惯性飞轮的形状而定，例如若惯性飞轮采用均质圆盘，则I可表示为：
式中，I为惯性飞轮的转动惯量；MT为惯性飞轮的质量；MT为惯性飞轮的直径。
本方案的调谐惯质电涡流阻尼器设计方法用于设计于本发明的调谐惯质电涡流阻尼器，根据质量比和最优频率比分别对惯性飞轮的转动惯量和弹性元件的刚度进行取值，能够使本方案的实际阻尼和频率能够尽可能地接近最优设计值，从而使减振效果最大化。
作为本发明的优选方案，当调谐惯质电涡流阻尼器还包含齿轮和齿条，根据如下公式确定惯性飞轮的转动惯量I和齿轮的半径r：
式中，μ为调谐惯质电涡流阻尼器的质量比；ms为被控结构的质量；mT为齿条的质量；I为惯性飞轮的转动惯量；r为齿轮的半径。
本方案给出了在调谐惯质电涡流阻尼器包含齿轮和齿条的情况下，惯性飞轮的转动惯量和齿轮的半径取值的具体依据。
作为本发明的优选方案，当调谐惯质电涡流阻尼器还包含齿轮和齿条，根据如下公式确定弹性元件的刚度KT：
式中，KT为弹性元件的刚度；mT为齿条的质量；I为惯性飞轮的转动惯量；r为齿轮的半径；ωs为被控结构的频率；vopt为最优频率比。
本方案给出了在调谐惯质电涡流阻尼器包含齿轮和齿条的情况下，弹性元件刚度取值的具体依据。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本方案的调谐惯质电涡流阻尼器通过惯性飞轮产生惯性质量，并利用磁体和惯性飞轮组合为电涡流阻尼器，相比于现有的TMD，在惯性飞轮和质量块的质量相同的情况下，本方案具有更大的等效质量和阻尼力，从而具有更好的减振效果；反之在减振需求相同的情况下，则本方案的惯性飞轮的质量可以制作得更小，从而降低本方案的材料消耗和制造成本。同时相比于现有的粘滞阻尼器，本方案具有机械摩擦小、使用寿命长、运维成本低的优势。
2、本方案的调谐惯质电涡流阻尼器设计方法用于设计于本发明的调谐惯质电涡流阻尼器，根据质量比和最优频率比分别对惯性飞轮的转动惯量和弹性元件的刚度进行取值，能够使本方案的实际阻尼和频率能够尽可能地接近最优设计值，从而使减振效果最大化。
附图说明
图1是本发明的一种调谐惯质电涡流阻尼器安装于被控结构状态的侧视结构示意图一；
图2是惯性飞轮处的局部侧视结构示意图一；
图3是图1中A-A断面的局部剖视结构示意图一；
图4是图1中Ⅰ处的局部放大结构示意图；
图5是本发明的一种调谐惯质电涡流阻尼器安装于被控结构状态的侧视结构示意图二；
图6是惯性飞轮处的局部侧视结构示意图二；
图7是图5中B-B断面的局部剖视结构示意图二；
图标：1-活动块；2-惯性飞轮；3-磁体；41-齿轮；42-齿条；5-弹性元件；6-滚轮组件；7-被控结构；9-旋转支架；10-导体；11-背铁。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在以下具体实施例的描述中，出现“上”“下”“左”“右”“中心”“内”“外”…等指示的方位或位置关系的表述术语，都是基于附图所示的方位或位置关系的表达，或者是该设备/装置惯常使用时，摆放的方位或位置关系。这些方位或位置关系的术语，仅仅是为了便于描述或简化具体实施例中的描述，便于技术人员快速理解方案，而不是指示或暗示特定的装置/部件/元件必须具有特定的方位，或以特定的位置关系进行构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“水平”“竖直”“等术语并不表示要求相应的装置/部件/元件绝对水平或竖直或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。或者，可以简化理解为相应的装置/部件/元件，处于“水平”“竖直”等特定方向设置，能够相对于相应的方向设置具有±10％的误差/偏差，更优选±8％以内的误差/偏差，更优选±6％以内的误差/偏差，更优选±5％以内的误差/偏差，更优选±4％以内的误差/偏差。只要相应的装置/部件/元件在误差/偏差范围内，依然能够实现其在本发明方案中的作用即可。
术语“第一”“第二”“第三”…等表述，仅仅是用于区分相同或相似部件的描述，而不应理解为强调或暗示特定部件的相对重要性。
术语“设置”“安装”“相连”“连接”的地方应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是焊接、铆接、栓接、螺纹连接等本领域常用的连接手段，可以是直接相连，也可以通过中间媒介物进行间接相连，可以是两个元件内部的连通。
实施例1
如图1至图7所示，本实施例所采用的一种调谐惯质电涡流阻尼器，包含活动块1、惯性飞轮2和运动转换机构；所述活动块1通过弹性元件5连接于被控结构7，所述弹性元件5伸长或缩短能够带动所述活动块1直线运动；所述惯性飞轮2转动连接于被控结构7；所述运动转换机构一端连接于所述惯性飞轮2，另一端连接于所述活动块1，所述运动转换机构能够将所述活动块1的直线运动转换为所述惯性飞轮2的旋转运动；所述惯性飞轮2上固定有磁体3，所述被控结构7上固定有导体10，所述惯性飞轮2旋转能够使所述导体10切割所述磁体3的磁感线。
需要注意的是，由于图1和图5中齿条42、飞轮会对其后方结构形成遮挡，因此在图1和图5中对齿条42和飞轮进行了透明处理以露出被遮挡的结构；图7中未对惯性飞轮2和齿轮41进行剖切，以展示其圆周上的磁体3。
具体地，本实施例的被控结构7为桥梁，且本实施例用于控制被控结构7沿纵桥向的振动，因此弹性元件5按伸缩方向与纵桥向平行的关系来布置，从而当被控结构7发生沿纵桥向的振动时，弹性元件5会反复伸缩，带动活动块1沿纵桥向直线往复运动。
进一步地，运动转换机构包含齿轮41和齿条42；齿轮41与惯性飞轮2同轴固定连接，齿条42一端固定于活动块1，另一端与齿轮41啮合；如图1和图5所示，由于本实施例用于控制被控结构7沿纵桥向的振动，因此齿条42的长度方向沿纵桥向设置；且本实施例将齿轮41置于齿条42的下方，能够通过齿轮41对齿条42远离活动块1的一端进行支撑。
进一步地，活动块1与被控结构7之间设置有滚轮组件6。如图4所示，本实施例将滚轮组件6连接于活动块1上。
进一步地，磁体3的数量大于一；磁体3沿惯性飞轮2的周向间隔分布。具体地，本实施例包含多个沿惯性飞轮2周向均匀间隔分布的条状磁体3，且相邻的两个磁体3的N极和S极朝向相反，从而使磁感线形成回路；每个条状磁体3的长度方向均沿惯性飞轮2的切向。磁体3既可以设置于惯性飞轮2朝向导体10的一面，例如图1至图3，也可以设置于惯性飞轮2的圆周上，以增大磁体3至惯性飞轮2轴线的距离，例如图5至图7；对应地，若将磁体3设置于惯性飞轮2的圆周上，则导体10更改为沿惯性飞轮2的周向包围惯性飞轮2的形状，例如圆环、矩形环，并将背铁11设置于导体10背离惯性飞轮2中心的一侧。
进一步地，磁体3为永磁体。
进一步地，导体10为铜制构件。
进一步地，背铁11为纯铁构件。
进一步地，惯性飞轮2为钢制构件。
进一步地，弹性元件5为螺旋弹簧。且如图1和图5所示，本实施例包含多个沿高度方向间隔分布的弹性元件5。
进一步地，如图3和图7所示，在齿轮41沿其轴向的两侧均设置有惯性飞轮2，以及对应的导体10和背铁11，从而使齿轮41两侧的载荷平衡。
以惯性飞轮2采用均质圆盘为例，建立本实施例中的调谐惯质电涡流阻尼器的运动方程，可得到：
式中，ms为被控结构7的质量；mT为齿条42的质量；MT为惯性飞轮2的质量；xs为被控结构沿纵桥向的位移，对应的，xs(t)、分别为xs对时间t的零阶、一阶、二阶导数；xT为活动块1沿纵桥向的位移，对应的，xT(t)、/>分别为xT对时间t的零阶、一阶、二阶导数；cs为被控结构7的阻尼系数；c为惯性飞轮2和磁体3组合而成的电涡流阻尼器的阻尼系数；ks为被控结构7沿纵桥向的刚度；kT为弹性元件5的刚度；片为惯性飞轮2的半径；片′为磁体3至惯性飞轮2圆心的距离；r为齿轮41的半径；F为外部载荷，对应地，F(t)为F关于时间t的函数。
从该公式可以看出，本实施例能够将惯性飞轮的质量扩大倍，将阻尼力扩大/>倍，从而能降低惯性飞轮的质量。
本实施例的调谐惯质电涡流阻尼器的工作原理为，当被控结构7发生某一方向的振动时，弹性元件5会在对应方向上反复伸长和收缩，从而带动活动块1做直线往复运动，该直线往复运动会通过运动转换机构转变为惯性飞轮2的往复旋转运动，从而将被控结构7振动的机械能转变为惯性飞轮2旋转的角动量；
同时，惯性飞轮2在往复旋转的过程中会带动磁体3一起相对导体11运动，使导体11能够切割磁体3产生的磁感线，从而在导体11内部产生涡流并对磁体3产生阻力，该阻力会传递到惯性飞轮2上并逐渐减慢惯性飞轮2的旋转速度，并将惯性飞轮2旋转的角动量转换为惯性飞轮2的内能，进而达到耗散振动机械能的作用。
实施例2
本实施例所采用的一种调谐惯质电涡流阻尼器，应用于实施例1中的一种调谐惯质电涡流阻尼器，包含以下步骤：
根据减振需求确定调谐惯质电涡流阻尼器的质量比μ；根据μ计算最优频率比vopt，根据vopt计算调谐惯质电涡流阻尼器的频率ωT；
根据μ确定惯性飞轮2的转动惯量I；根据ωT确定弹性元件5的刚度KT。
具体的，质量比和最优频率比的关系可以参考现有的TMD最优设计公式：
式中，υopt为最优频率比，ζopt为最优阻尼比，μ为调谐惯质电涡流阻尼器的质量比。
惯性飞轮2的转动惯量I的具体公式根据惯性飞轮2的形状而定，例如若惯性飞轮2采用均质圆盘，则I可表示为：
式中，I为惯性飞轮2的转动惯量；MT为惯性飞轮2的质量；MT为惯性飞轮2的直径。
进一步地，实施例1中的调谐惯质电涡流阻尼器还包含齿轮41和齿条42，因此根据如下公式确定惯性飞轮2的转动惯量I和齿轮41的半径r：
式中，μ为调谐惯质电涡流阻尼器的质量比；mS为被控结构7的质量；mT为齿条42的质量；I为惯性飞轮2的转动惯量；r为齿轮41的半径。
进一步地，实施例1中的调谐惯质电涡流阻尼器还包含齿轮41和齿条42，因此根据如下公式确定弹性元件5的刚度KT：
式中，KT为弹性元件5的刚度；mT为齿条42的质量；I为惯性飞轮2的转动惯量；r为齿轮41的半径；ωs为被控结构7的频率；vopt为最优频率比。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调谐惯质电涡流阻尼器，其特征在于，包含活动块(1)、惯性飞轮(2)和运动转换机构；
所述活动块(1)通过弹性元件(5)连接于被控结构(7)，所述弹性元件(5)伸长或缩短能够带动所述活动块(1)直线运动；
所述惯性飞轮(2)转动连接于被控结构(7)；所述运动转换机构一端连接于所述惯性飞轮(2)，另一端连接于所述活动块(1)，所述运动转换机构能够将所述活动块(1)的直线运动转换为所述惯性飞轮(2)的旋转运动；
所述惯性飞轮(2)上固定有磁体(3)，所述被控结构(7)上固定有导体(10)，所述惯性飞轮(2)旋转能够使所述导体(10)切割所述磁体(3)的磁感线。
2.根据权利要求1所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器，其特征在于，所述运动转换机构包含齿轮(41)和齿条(42)；所述齿轮(41)与所述惯性飞轮(2)同轴固定连接，所述齿条(42)一端固定于所述活动块(1)，另一端与所述齿轮(41)啮合。
3.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器，其特征在于，所述活动块(1)与所述被控结构(7)之间设置有滚轮组件(6)。
4.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器，其特征在于，所述导体(10)背离所述惯性飞轮的一面还设置有背铁(11)。
5.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器，其特征在于，所述磁体(3)的数量大于一；所述磁体(3)沿所述惯性飞轮(2)的周向间隔分布。
6.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器，其特征在于，所述磁体(3)为永磁体。
7.根据权利要求1至2中任何一项所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器，其特征在于，所述导体(10)为铜制构件。
8.一种调谐惯质电涡流阻尼器设计方法，其特征在于，应用于如权利要求1至7中任何一项所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器，包含以下步骤：
根据减振需求确定调谐惯质电涡流阻尼器的质量比μ；根据μ计算最优频率比vopt，根据vopt计算调谐惯质电涡流阻尼器的频率ωT；
根据μ确定惯性飞轮(2)的转动惯量I；根据ωT确定弹性元件(5)的刚度KT。
9.根据权利要求8所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器设计方法，其特征在于，当调谐惯质电涡流阻尼器还包含齿轮(41)和齿条(42)，根据如下公式确定惯性飞轮(2)的转动惯量I和齿轮(41)的半径r：
式中，μ为调谐惯质电涡流阻尼器的质量比；ms为被控结构(7)的质量；mT为齿条(42)的质量；I为惯性飞轮(2)的转动惯量；r为齿轮(41)的半径。
10.根据权利要求8所述的一种调谐惯质电涡流阻尼器设计方法，其特征在于，当调谐惯质电涡流阻尼器还包含齿轮(41)和齿条(42)，根据如下公式确定弹性元件(5)的刚度KT：
式中，KT为弹性元件(5)的刚度；mT为齿条(42)的质量；I为惯性飞轮(2)的转动惯量；r为齿轮(41)的半径；ωs为被控结构(7)的频率；vopt为最优频率比。
CN202311772354.3A 2023-12-21 2023-12-21 一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法 Pending CN117569474A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311772354.3A CN117569474A (zh) 2023-12-21 2023-12-21 一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311772354.3A CN117569474A (zh) 2023-12-21 2023-12-21 一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117569474A true CN117569474A (zh) 2024-02-20

Family

ID=89862482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311772354.3A Pending CN117569474A (zh) 2023-12-21 2023-12-21 一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117569474A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10451142B2 (en) Outer cup rotary axial eddy current damper
CN104265818B (zh) 一种外杯旋转式轴向电涡流阻尼器
CN109853764B (zh) 采用往复丝杆的自平衡式惯容阻尼器
WO2015139404A1 (zh) 一种基于螺旋传动方式的轴向电涡流阻尼器
CN112459587B (zh) 一种单边张拉的预应力自平衡式惯容阻尼器
CN113062486B (zh) 一种具有电磁阻尼的调谐粘滞惯质阻尼器
CN209874124U (zh) 采用正反牙丝杆的自平衡式惯容阻尼器
CN109853765B (zh) 采用正反牙丝杆的自平衡式惯容阻尼器
CN104894970B (zh) 一种斜拉索面外振动控制的电涡流阻尼器及阻尼产生方法
CN209054005U (zh) 一种非线性电涡流惯质阻尼器
WO2020177045A1 (zh) 一种轴向位移放大型电涡流阻尼器
JPWO2019044722A1 (ja) 渦電流式ダンパ
CN214329378U (zh) 一种旋转式电涡流调谐惯质阻尼器
CN111321820A (zh) 一种电涡流惯性质量阻尼器
CN115163723A (zh) 一种磁流变可变阻尼减振耗能装置
CN111219437B (zh) 一种可回收能量的磁流变颗粒阻尼器
CN108166641B (zh) 一种电涡流三维减振装置
CN117569474A (zh) 一种调谐惯质电涡流阻尼器及其设计方法
CN212053302U (zh) 一种电涡流惯性质量阻尼器
CN112178101A (zh) 一种电磁阻尼器
CN112127498A (zh) 一种旋转式电涡流调谐质量阻尼器
CN112411785A (zh) 一种可调电磁阻尼的调谐质量-惯质阻尼器
WO2020116344A1 (ja) 渦電流式ダンパ
CN108194570B (zh) 一种刚弹性转换减振器
CN110578297A (zh) 一种适用于拉索任意振动方向的电涡流阻尼器

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