CN1861927A - 高耗能复合式磁流变阻尼器 - Google Patents

Abstract

高耗能复合式磁流变阻尼器是一种用于土木工程结构振动控制的高耗能的能提供可变阻尼力的复合阻尼器，该装置在磁流变阻尼器工作缸(11)的两端分别连接有铅阻尼器工作缸(3)，在磁流变阻尼器工作缸内的两端设有磁流变体(10)，活塞连杆(4)中间的大直径部分位于磁流变阻尼器工作缸中，在活塞连杆中间的大直径部分的圆周上设有电磁螺线管(12)；在铅阻尼器工作缸的内部设有铅(6)，活塞连杆(4)左端穿过铅阻尼器工作缸与连接器(1)相接，活塞连杆(4)右端穿过铅阻尼器工作缸自由外伸在铅阻尼器工作缸右端的小缸体内，活塞连杆位于铅阻尼器工作缸内的部分分别设有活塞杆突起(5)，右端的铅阻尼器工作缸与连接器(1)相接。

Description

高耗能复合式磁流变阻尼器

技术领域

本发明是一种用于土木工程结构抗震(振)的阻尼器，尤其是一种高耗能的能提供可变阻尼力的复合阻尼器。

背景技术

随着国家的发展、生活的提高，高层建筑结构、高耸结构、大跨空间结构等重要性结构与日俱增。在动力荷载(如风和地震)作用下，这些结构会发生比较大的振动，影响到结构的正常使用及安全。而我国是多地震国家，全国大部分大中城市处于地震区，因此有关土木结构的抗震及减振问题更显突出，对这类结构进行振动控制的研究具有重要而又现实的意义。结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震作用下的反应和损伤，有效地提高结构的抗震能力和防灾性能。振动控制可通过减振、隔震装置来消耗地震能量，或者施加外部的能量以抵消地震作用对结构的影响，具体通过在结构的某些部位，装设某种装置、机构或子结构，以改变或调整结构的动力特性或动力作用，使结构在地震或风振作用下的动力响应得到合理的控制，确保结构本身及结构中的人、仪器、设备等的安全和处于正常的使用环境状况。

磁流变体是一种性能优良的智能材料，在磁场的作用下能够在瞬间从牛顿流体转变为剪切屈服能力较高的粘塑性体，且这种转变连续可逆。磁流变阻尼器是应用磁流变体在强磁场下的快速可逆流变特性而制造的一种新型振动控制装置。具有结构简单、相变快、阻尼力大而且连续可调等优点。根据结构的实际变形和外部地震(风振)激励，按照特定的控制规律，控制外加磁场以改变磁流变阻尼器的力学性能，从而在瞬间内改变结构系统的特性参数以使结构达到最好的控制效果。

铅是理论上仅有的一种室温下作塑性循环时不会发生累积疲劳现象的普通金属，具有塑性高、刚度低、高阻尼力等特点。同时由于铅具有较大的初始刚度和较小的屈服后刚度，具有较大的耗能能力，使铅成为消能、减震和防震的极好材料。

目前国内外开发耗能器和阻尼器大多是利用单一的耗能机制或单一的耗能元件和材料耗能，所提供的阻尼力和初始刚度有限。因此所需耗能器(阻尼器)数量较多，布置起来较麻烦，施工程序和周期增加，且影响建筑使用空间。同时磁流变阻尼器中的磁流变体在振动过程中容易发生渗漏，磁流变体的密封问题以及磁流变体价格昂贵一直是困扰磁流变阻尼器取得广泛应用的重要问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是开发一种高耗能、构造简单、价格低廉、安装拆卸方便、适用范围广、减震效果卓越且具有良好密封性能的高耗能复合式磁流变阻尼器。

技术方案：本发明的高耗能复合式磁流变阻尼器，由连接器、铅阻尼器前封板、铅阻尼器工作缸、活塞连杆、活塞杆突起、铅、注铅孔、磁流变阻尼器前密封挡板、密封圈、磁流变体、磁流变阻尼器工作缸、电磁螺线管注液孔、磁流变阻尼器后密封挡板、铅阻尼器后封板组成。该装置在磁流变阻尼器工作缸的两端分别连接有磁流变阻尼器前密封挡板、磁流变阻尼器后密封挡板，在磁流变阻尼器工作缸内的两端设有磁流变体，活塞连杆中间的大直径部分位于磁流变阻尼器工作缸中，在活塞连杆中间的大直径部分的圆周上设有电磁螺线管；铅阻尼器工作缸有两个，分别位于磁流变阻尼器工作缸的两端，在铅阻尼器工作缸的内部设有铅，在铅阻尼器工作缸的两端分别由铅阻尼器前封板、磁流变阻尼器前密封挡板或磁流变阻尼器后密封挡板、铅阻尼器后封板密封，活塞连杆左端穿过铅阻尼器工作缸与连接器相接，活塞连杆右端穿过铅阻尼器工作缸自由外伸在铅阻尼器工作缸右端的小缸体内，活塞连杆位于铅阻尼器工作缸内的部分分别设有活塞杆突起，右端的铅阻尼器工作缸与连接器相接。在铅阻尼器工作缸上设有注铅孔，在磁流变阻尼器工作缸上设有注液孔。在磁流变阻尼器前密封挡板、磁流变阻尼器后密封挡板的内孔中设有密封圈。

在地震或强风作用下，结构产生相对变形时，安装在结构中阻尼器跟随产生相对变形，通过调整高耗能复合式磁流变阻尼器中电磁螺线管中电流的大小来改变磁场强度，从而改变流体的阻力，形成一种可调的半主动控制装置。同时由于阻尼器的相对变形使阻尼器中的铅产生挤压滞回变形而耗能。通过磁流变阻尼器与铅阻尼器的合理匹配与连接，开发的高耗能复合式磁流变阻尼器能满足多种工程抗风抗震需要，减震效果卓越。

装有高耗能复合式磁流变阻尼器的结构，在外部激励引起阻尼器的相对变形时，磁流变阻尼器部分与铅阻尼器部分协同工作，磁线圈通电，部分磁流变体固化提供阻尼力，铅挤压屈服，进入滞回耗能状态，耗散地震能量，使结构的响应减小，从而使主体结构不产生破坏。

有益效果：本发明的高耗能复合式磁流变阻尼器采用半主动控制和被动耗能两种机制组合减振，具有高耗能、构造简单、价格低廉、安装拆卸方便、适用范围广、减震效果卓越的优点；磁流变阻尼缸两端设有铅阻尼缸，能够有效防止工作缸中磁流变液渗漏；在提供同等阻尼力的同时，同纯磁流变阻尼器相比，大大地节约了阻尼器成本。结构中加入该阻尼器，可增加结构的阻尼和刚度，提高结构抵抗外力的能力，减小地震响应。该阻尼器可广泛用于高层建筑结构、高耸结构、大跨空间结构和桥梁结构的抗风抗震工程中。

利用磁流变液的流变特性和铅剪切挤压滞回变形两种机制组合减震，发挥了两种减震机制的优点，既有很高的耗能能力，又能提供足够的连续可变的阻尼力。在提供同等阻尼力的同时，同纯磁流变阻尼器相比，大大地节约了阻尼器成本。

盛装磁流变液的缸体两端被盛装铅的缸体密封，能够有效防止磁流变液的渗漏，耐久性能良好。

附图说明

图1为本发明的剖面结构示意图。

图中有：连接器1、铅阻尼器前封板2、铅阻尼器工作缸3、活塞连杆4、活塞杆突起5、铅6、注铅孔7、磁流变阻尼器前密封挡板8、密封圈9、磁流变体10、磁流变阻尼器工作缸11、电磁螺线管12、注液孔13、磁流变阻尼器后密封挡板14、铅阻尼器后封板15。

具体实施方式

本发明的高耗能复合式磁流变阻尼器由磁流变阻尼器部分和铅阻尼器部分组合而成。磁流变阻尼器部分由磁流变阻尼器工作缸11、磁流变阻尼器前密封挡板8、磁流变阻尼器后密封挡板14、密封圈9、磁流变体10、电磁螺线管12、注液孔13等部分组成。铅阻尼器部分主要由铅阻尼器工作缸3、活塞连杆4、活塞连杆突起5、铅6、注铅孔7以及两端封板组成。磁流变阻尼器前密封挡板8和磁流变阻尼器后密封挡板14将铅阻尼器工作缸3与磁流变阻尼器工作缸11牢固连接成一整体，不但能使磁流变阻尼器和两端的铅阻尼器在使用过程时变形一致，提供大小不同的阻尼力，而且能有效防止磁流变体10的渗漏。

该装置在磁流变阻尼器工作缸11的两端分别连接有磁流变阻尼器前密封挡板8、磁流变阻尼器后密封挡板14，在磁流变阻尼器工作缸11内的两端设有磁流变体10，活塞连杆4中间的大直径部分位于磁流变阻尼器工作缸11中，在活塞连杆4中间的大直径部分的圆周上设有电磁螺线管12；铅阻尼器工作缸3有两个，分别位于磁流变阻尼器工作缸11的两端，在铅阻尼器工作缸3的内部设有铅6，在铅阻尼器工作缸3的两端分别由铅阻尼器前封板2、磁流变阻尼器前密封挡板8或磁流变阻尼器后密封挡板14、铅阻尼器后封板15密封；活塞连杆4左端穿过铅阻尼器工作缸3与连接器1相接，活塞连杆4右端穿过铅阻尼器工作缸3自由外伸在铅阻尼器工作缸3右端的小缸体内，活塞连杆4位于铅阻尼器工作缸3内的部分分别设有活塞杆突起5，右端的铅阻尼器工作缸3与连接器1相接；在铅阻尼器工作缸3上设有注铅孔7，在磁流变阻尼器工作缸11上设有注液孔13；在磁流变阻尼器前密封挡板8、磁流变阻尼器后密封挡板14的内孔中设有密封圈9。电磁螺线管12上的线圈采用绕水平轴的绕法，磁流变体10通道内的磁场均匀且方向与该阻尼器的轴线垂直。

在磁流变阻尼器工作缸11和活塞连杆4之间存在阻尼通道，一般为0.8～2.0mm，当活塞连杆4在磁流变阻尼器工作缸11内作往复相对直线运动时，挤压内腔的磁流变体10迫使其流过阻尼间隙时，在通电情况下，阻尼通道中磁流变体10瞬间由牛顿流体转变为粘塑体，使流体的流动阻力比未通电时增加，产生磁流变阻尼器的可调阻尼力。

在铅阻尼器中，活塞连杆突起5和缸壁形成挤压口，当活塞连杆4在铅阻尼器工作缸3内相对运动时，铅6被挤压通过挤压口而产生塑性挤压变形，耗散能量。

磁流变阻尼器和铅阻尼器的阻尼力可根据具体结构选择不同数值，磁流变阻尼器的阻尼力范围一般为0到300KN，输入电流范围一般为0到6安培。铅阻尼器的阻尼力范围0到500KN。在具体的结构减振控制工程中，可综合考虑结构的特性及减震要求，合理设计磁流变体与铅的用量、线圈匝数、活塞的位移量，达到理想的控制效果。

Claims (2)

1、一种高耗能复合式磁流变阻尼器，其特征在于该装置在磁流变阻尼器工作缸(11)的两端分别连接有磁流变阻尼器前密封挡板(8)、磁流变阻尼器后密封挡板(14)，在磁流变阻尼器工作缸(11)内装有磁流变体(10)，活塞连杆(4)中间的大直径部分位于磁流变阻尼器工作缸(11)中，在活塞连杆(4)中间的大直径部分的圆周上设有电磁螺线管(12)；铅阻尼器工作缸(3)有两个，分别位于磁流变阻尼器工作缸(11)的两端，在铅阻尼器工作缸(3)的内部设有铅(6)，在铅阻尼器工作缸(3)的两端分别由铅阻尼器前封板(2)、磁流变阻尼器前密封挡板(8)或磁流变阻尼器后密封挡板(14)、铅阻尼器后封板(15)密封，活塞连杆(4)左端穿过铅阻尼器工作缸(3)与连接器(1)相接，活塞连杆(4)右端穿过铅阻尼器工作缸(3)自由外伸在铅阻尼器工作缸(3)右端的小缸体内，活塞连杆(4)位于铅阻尼器工作缸(3)内的部分分别设有活塞杆突起(5)，右端的铅阻尼器工作缸(3)与连接器(1)相接。

2、根据权利要求1所述的高耗能复合式磁流变阻尼器，其特征在于电磁螺线管(12)上的线圈采用绕水平轴的绕法，磁流变体(10)通道内的磁场均匀且方向与该阻尼器的轴线垂直。

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