CN205446521U - 一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，包括连接法兰，导杆，密封体，主缸筒，活塞和附缸筒，所述流体阻尼器通过两端的所述连接法兰与主体结构连接，一端的所述连接法兰与所述导杆连接，另一端的所述连接法兰通过第一螺母与所述附缸筒连接，所述活塞通过所述导杆安装于所述主缸筒的中间位置，所述主缸筒与所述附缸筒通过第二螺母连接，所述主缸筒的通过所述密封体和所述第一螺母以及所述第二螺母封闭，内部注满阻尼流体。本实用新型具有构造简单、阻尼流体要求低、具备非线性耗能特性等优点，能够给土木工程结构提供较大的阻尼，降低结构的动力响应，提高结构安全性。

Description

一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器

技术领域

本实用新型是一种用于工程结构的减振装置，可用于土木工程结构在地震作用或风荷载作用下的动力响应控制，具体涉及一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器。

背景技术

粘滞流体阻尼器是一种被动耗能减振装置，它主要包括缸体、设置于缸体内的活塞、导杆、缸体两端的密封体和充填在缸体中的粘滞流体。常用的粘滞流体阻尼器的活塞上设有节流孔，当活塞与缸体产生相对运动时，粘滞流体从活塞一端通过节流孔流向另一端，进而产生与速度相关的粘滞阻尼力，达到耗能的目的。常用的粘滞流体阻尼器根据其构造通常可分为单出杆、双出杆、液压缸间隙式等多种形式。目前，已公开的一些粘滞流体阻尼器多数采用了流体沿程阻尼和小孔阻尼耗能的原理，如工程结构减振流体阻尼器（ZL200219648.4）、大出力快速响应阻尼器（ZL200920045830.0）等。这些阻尼器多数为线性粘滞流体阻尼器，相较于这类阻尼器，非线性粘滞流体阻尼器具有更好的耗能能力和高速时较低的输出力，在实际工程中亦有着较多的应用。

要达到阻尼器非线性的目的，通常有两种思路：一是对阻尼材料进行改进，二是对阻尼器的构造进行设计。前一种主要属于材料科学的范畴，在工程结构减振领域主要是基于后一种思路，如改变阻尼孔内壁形式的螺旋孔式粘滞阻尼器（ZL200910027946.6）、在阻尼内填充颗粒物体的基于多孔节流的粘滞流体阻尼器（ZL201310190499.2）等，此外还有可调节阻尼器参数的可控式粘滞阻尼器（ZL200910027945.1）、阻尼力可调的粘滞阻尼器（ZL200920045831.5）等。然而，这些阻尼器多是基于流体小孔节流产生阻尼的原理，利用流体运动耗散结构传递来的振动能量，在实际设计时对小孔的构造和制作要求较高。

本专利利用细长弹性圆管在流动液体中易发生顺流向抖振和涡激共振的原理，开发一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，为粘滞流体阻尼器及其他流体阻尼器的设计提供一种新的阻尼耗能方式。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种利用细长圆柱形弹性体在流动液体中的振动耗能的流体阻尼器，用于土木工程结构在动力灾害作用下的耗能减振，本实用新型提供了一种有别于一般粘滞流体阻尼器孔隙耗能的耗能原理，利用了细长圆柱形弹性体在流动液体中的抖振和涡振传递振动能量，利用弹性体自身的阻尼耗散结构振动能量，具有加工方便、性能稳定、耗能能力强等特点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，包括连接法兰，导杆，密封体，主缸筒，活塞和附缸筒，所述流体阻尼器通过两端的所述连接法兰与主体结构连接，一端的所述连接法兰与所述导杆连接，另一端的所述连接法兰通过第一螺母与所述附缸筒连接，所述活塞通过所述导杆安装于所述主缸筒的中间位置，所述主缸筒与所述附缸筒通过第二螺母连接，所述主缸筒的通过所述密封体和所述第一螺母以及所述第二螺母封闭，内部注满阻尼流体。

进一步的，所述活塞中设有细长弹性体。

进一步的，所述密封体对所述导杆起到导向和密闭的作用，所述密封体与所述导杆之间通过密封圈和油封的方式进行密封，与所述主缸筒之间通过橡胶圈密封，所述活塞与所述主缸筒之间进行油封。

进一步的，所述细长弹性体是圆形截面，由防水外壳、刚度层和阻尼层组成。

进一步的，所述阻尼流体为其物理参数能够使所述细长弹性体发生抖振和涡振的液体。

本实用新型的有益效果:

本实用新型具有构造简单、减振效果好、阻尼耗能方式新等优点。首先，作为一种耗能减振装置，本实用新型能够有效控制土木工程结构在动力荷载作用下的响应，保护主体结构。同时，利用细长弹性体在液体中相对运动时产生的大幅度振动变形来耗散液体中的能量，使得耗能效率高的高阻尼材料（铅等）或高阻尼构造（振子）替代了低效率的液体自身耗能，使得流体阻尼器的阻尼材料选择不再局限于高性能粘滞流体等高成本液体，同时也为获取非线性流体阻尼器提供了新的思路，增加了流体阻尼器的设计选择。

附图说明

图1为本实用新型利用弹性体振动耗能的流体阻尼器的外观示意图；

图2为本实用新型利用弹性体振动耗能的流体阻尼器的结构纵剖面构造示意图；

图3（a）为本实用新型利用弹性体振动耗能的流体阻尼器的1-1剖面第一种结构示意图；

图3（b）为本实用新型利用弹性体振动耗能的流体阻尼器的1-1剖面第二种结构示意图；

图4为本实用新型利用弹性体振动耗能的流体阻尼器的细长弹性体剖面示意图。

图中标号说明：1、连接法兰，2、导杆，31、第一螺母，32、第二螺母，4、密封体，5、主缸筒，6、活塞，7、细长弹性体，8、附缸筒，9、阻尼流体。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

参照图1-图4所示，一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，包括连接法兰1，导杆2，密封体4，主缸筒5，活塞6和附缸筒8，所述流体阻尼器通过两端的所述连接法兰1与主体结构连接，一端的所述连接法兰1与所述导杆2连接，另一端的所述连接法兰1通过第一螺母31与所述附缸筒8连接，所述活塞6通过所述导杆2安装于所述主缸筒5的中间位置，所述主缸筒5与所述附缸筒8通过第二螺母32连接，所述主缸筒5的通过所述密封体4和所述第一螺母31以及所述第二螺母32封闭，内部注满阻尼流体9。

进一步的，所述活塞6中设有细长弹性体7。

进一步的，所述密封体4对所述导杆2起到导向和密闭的作用，所述密封体4与所述导杆2之间通过密封圈和油封的方式进行密封，与所述主缸筒5之间通过橡胶圈密封，所述活塞6与所述主缸筒5之间进行油封。

进一步的，所述细长弹性体7是圆形截面，由防水外壳71、刚度层72和阻尼层73组成，，所述防水外壳71位于所述细长弹性体7最外侧，用于保护所述刚度层72和阻尼层73在液体中正常工作，且所形成的外部圆柱形状提供了涡激共振发生的条件之一，所述细长弹性体7所在的所述活塞6在所述主缸筒5内运动时，由于所述主缸筒5内的阻尼流体9存在，使得所述细长弹性体7发生由抖振和涡振引起的大幅振动，导致运动能量传递到所述细长弹性体7，并由所述阻尼层73为所述细长弹性体7提供耗散能量的阻尼，可选用铅、高阻尼橡胶等耗能材料，所述刚度层72为所述细长弹性体7提供刚度，可根据需要选择钢材、铝材等；所述细长弹性体7与所述活塞6的连接根据刚度需求设计为铰接、刚接或半刚接，通过改变所述细长弹性体7的长度、截面尺寸、所述刚度层72、所述阻尼层73、连接形式，以及所述阻尼流体9的种类，能够调节该流体阻尼器的性能参数。

进一步的，所述阻尼流体9为其物理参数能够使所述细长弹性体7发生抖振和涡振的液体。

优选的，所述主缸筒5采用高强度合金钢无缝钢管，并对其内表面采用冷挤压工艺，增强耐磨性，防止在工作过程中被活塞拉毛或划伤产生泄漏。

进一步的，所述导杆2导杆采用高强度合金实心导杆，外表面镀硬铬，增强其强度、耐磨性和抗腐蚀能力，避免导杆表面的磨损，有利于提高阻尼器的密封效果。

优选的，细长弹性体7为圆形截面，

本实用新型的原理：

主体结构的振动引起了连接于主体结构的两端连接法兰1相对位置的变化，从而导致与导杆2连接的活塞6在主缸筒5内发生运动，因此细长弹性体7跟随活塞6在流体中运动，从而引发了细长弹性体7的抖振。与此同时，由于结构振动往往由某些主要频率成分的振动叠加而成，且多数时候某个频率成分的振动起主导作用，导致活塞6与流体的相对运动保持在某个特定速度范围内，从而可以诱发特殊设计的细长弹性体7的涡激共振。通过这两种诱发弹性体振动的形式，将结构振动的能量传递给了细长弹性体7，并通过弹性体中阻尼层73的大幅变形耗散能量，并提供阻尼力，以此抑制主体结构的振动响应，保护主体结构在地震、风荷载等动力灾害作用下的安全。

本实用新型的具体实施步骤：

（1）对结构进行分析，计算出所需要的减振装置参数，据此确定流体阻尼器截面形状、直径、活塞深度、细长弹性体尺寸和数量等设计参数。

（2）加工细长圆筒形的阻尼层73，在其外面套上或包裹刚度层72，最后在刚度层72外套上防水外壳71，组装成细长弹性体；按图3所示加工活塞6，并根据设计所需要的连接方式将细长弹性体安装于活塞6内。

（3）将阻尼器活塞6安装在导杆2的中间位置；导杆2两端与主缸筒5之间各设有密封体4一套，密封体4为环形，一端通过卡槽卡在主缸筒5上，并通过螺母3与主缸筒5固定；密封体4与导杆2之间通过密封圈和油封的方式进行密封，与主缸筒5之间通过橡胶圈密封；活塞6与主缸筒5之间进行油封。

（4）主缸筒5与附缸筒8之间通过螺母3连接，灌入阻尼流体9并封口；最后，一端连接法兰1直接与导杆连接，另一端连接法兰1通过螺母3与附缸筒8连接。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，其特征在于，包括连接法兰（1），导杆（2），密封体（4），主缸筒（5），活塞（6）和附缸筒（8），所述流体阻尼器通过两端的所述连接法兰（1）与主体结构连接，一端的所述连接法兰（1）与所述导杆（2）连接，另一端的所述连接法兰（1）通过第一螺母（31）与所述附缸筒（8）连接，所述活塞（6）通过所述导杆（2）安装于所述主缸筒（5）的中间位置，所述主缸筒（5）与所述附缸筒（8）通过第二螺母（32）连接，所述主缸筒（5）的通过所述密封体（4）和所述第一螺母（31）以及所述第二螺母（32）封闭，内部注满阻尼流体（9）。

2.根据权利要求1所述的一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，其特征在于，所述活塞（6）中设有细长弹性体（7）。

3.根据权利要求1所述的一种利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，其特征在于，所述密封体(4)对所述导杆(2)起到导向和密闭的作用，所述密封体(4)与所述导杆(2)之间通过密封圈和油封的方式进行密封，与所述主缸筒(5)之间通过橡胶圈密封，所述活塞(6)与所述主缸筒(5)之间进行油封。

4.根据权利要求2所述的利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，其特征在于，所述细长弹性体（7）是圆形截面，由防水外壳(71)、刚度层(72)和阻尼层(73)组成。

5.根据权利要求1所述的利用弹性体振动耗能的流体阻尼器，其特征在于，所述阻尼流体(9)为其物理参数能够使细长弹性体(7)发生抖振和涡振的液体。