CN219910236U - 一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱。该减振装置包括待减振体系1，悬臂杆2，悬空杆3，质量块4，弹簧5，伸缩杆6，曲面摩擦板7以及质量块4上设置的凹槽8。该装置通过悬臂杆、悬空杆以及弹簧形成三级刚度，以达到分段线性刚度的目的，从而代替传统的立方刚度以达到更好的实用性。与质量块接触的曲面摩擦板分三个区域且三个区域带有不同的摩擦阻尼系数。本实用新型具有变刚度变阻尼的特性，因此能更好地适应结构在不同激励不同振幅下的振动，以及在结构频率发生变化时具有更好的自适应能力。本实用新型通过简单的分段阻尼和分段刚度以提高非线性阻尼器的应用，其具有明显的宽频减振能力和工程实用能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及动力吸振技术领域，更具体地，涉及一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱。
背景技术
振动一直是各大工程中的普遍现象，如建筑结构在地震作用下的震动，会严重影响居民的安全性和舒适度；又如桥面板在行车过程中发生一系列竖向振动，影响驾驶人员在行车过程中的感受；因此，结构振动抑制一直以来是研究的热点。如今减振的方法众多，具体可分为主动控制、半主动控制以及被动控制，其中被动控制技术因其易于实现因而最为常见。被动控制技术主要以动力吸振器为主，如调谐质量阻尼器TMD(Tuned MassDamper)、非线性能量阱NES(Nonlinear Energy Sink)等，TMD在工程中已广泛使用，但其减振频带窄，且在结构频率发生变化时难以适应，因此设计一种变刚度吸振器NES，能够持续对不同频率进行调频成为一种新的趋势。本实用新型设计了一种分段刚度分段摩擦阻尼非线性能量阱，能够实现变刚度变阻尼的特性，能够适应不同的结构振动环境和提供梯度耗能能力，因而具有广阔的前景和实际意义。
实用新型内容
本实用新型为减小结构振动所带来的影响，提供一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱，具有非线性刚度宽频减振能力以及更强的分段摩擦阻尼耗能能力。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：包括待减振体系1，悬臂杆2，悬空杆3，质量块4，弹簧5，伸缩杆6，曲面摩擦板7以及质量块4上设置的凹槽8。悬臂杆2与质量块4固接，两根悬空杆3插入质量块4设置的凹槽8且悬空杆3不与凹槽8接触。弹簧5包裹住伸缩杆6，当质量块4碰到弹簧5和伸缩杆6时，弹簧不容易偏移从而在竖向提供径向刚度。
进一步地，所述待减振体系1可以为建筑结构、发生竖向振动的桥面板结构。
进一步地，所述减振器通过悬臂杆2、悬空杆3以及弹簧5形成三级刚度。当待减振体系1发生微小振动时，质量块4不接触悬空杆3和弹簧5，仅有悬臂杆2充当刚度项，此时非线性能量阱刚度为K1；当振动加大时，质量块4将接触到悬空杆3，此时非线性能量阱刚度提升为K1+K2；当振动加剧时，质量块4将接触到弹簧5，此时非线性能量阱刚度提升为K1+K2+K3；从而形成分段线性刚度，其拟合后的刚度接近于立方刚度。
进一步地，所述曲面摩擦板7中设置有三段摩擦区域，所述三段摩擦区域中摩擦阻尼系数从中间往两端依次增大，其中三段摩擦区域的阻尼系数分别为μ1、μ2和μ3。当待减振体系1发生不同幅值的振动时，质量块4会依次接触到曲面摩擦板7的三段摩擦区域，从而产生分段阻尼。
进一步地，所述一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱工作原理为：当待减振体系1发生微小振动时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1、μ1；当待减振体系1振动幅度提升时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1+K2、μ2；当待减振体系1振动幅度继续提升时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1+K2+K3、μ3。从而形成具有变刚度变阻尼特性的非线性动力吸振器。
与现有技术相比，本实用新型有益效果是：本实用新型提供了一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱，通过分段刚度和分段阻尼，实现了变刚度和变阻尼的特性，因而具有一定的工程适用性和实用性。
附图说明
图1为本实用新型一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱示意图；
图2为质量块－杆体系俯视图；
图3为质量块的1-1剖面图；
图4为曲面摩擦板示意图；
图中所示：待减振体系1，悬臂杆2，悬空杆3，质量块4，弹簧5，伸缩杆6，曲面摩擦板7，凹槽8。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些共知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1
如图1所示，非线性能量阱包括待减振体系1，悬臂杆2，悬空杆3，质量块4，弹簧5，伸缩杆6，曲面摩擦板7。弹簧5包裹住伸缩杆6，当质量块4碰到弹簧5和伸缩杆6时，弹簧不容易偏移从而在竖向提供径向刚度。
结合图1、图2和图3，所述悬臂杆2与质量块4固接，两根悬空杆3插入质量块4设置的凹槽8，且悬空杆3不与凹槽8接触，所留出的空间为一级刚度实现的范畴，即振动较小时悬空杆3不会接触到凹槽8，仅悬臂杆2充当一级刚度。
进一步地，所述减振器通过悬臂杆2、悬空杆3以及弹簧5形成三级刚度。当待减振体系1发生微小振动时，质量块4不接触悬空杆3和弹簧5，仅有悬臂杆2充当刚度项，此时非线性能量阱刚度为K1；当振动加大时，质量块4将接触到悬空杆3，此时非线性能量阱刚度提升为K1+K2；当振动加剧时，质量块4将接触到弹簧5，此时非线性能量阱刚度提升为K1+K2+K3；从而形成分段线性刚度，其拟合后的刚度接近于立方刚度。
结合图1和图4，所述曲面摩擦板7中设置有三段摩擦区域，所述三段摩擦区域中摩擦阻尼系数从中间往两端依次增大，其中三段摩擦区域的阻尼系数分别为μ1、μ2和μ3。曲面摩擦板曲率与悬臂杆端部弯曲时的曲率相近，当待减振体系1发生不同幅值的振动时，质量块4会依次接触到曲面摩擦板7的三段摩擦区域，从而产生分段阻尼。
结合图1、图2、图3和图4，所述一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱工作原理为：当待减振体系1发生微小振动时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1、μ1；当待减振体系1振动幅度提升时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1+K2、μ2；当待减振体系1振动幅度继续提升时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1+K2+K3、μ3。从而形成具有变刚度变阻尼特性的非线性动力吸振器。
显然，上述实施例仅为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱，其特征在于：包括待减振体系(1)，悬臂杆(2)，悬空杆(3)，质量块(4)，弹簧(5)，伸缩杆(6)，曲面摩擦板(7)以及凹槽(8)，悬臂杆(2)与质量块(4)固接，两根悬空杆(3)插入质量块(4)设置的凹槽(8)且悬空杆(3)不与凹槽(8)接触，弹簧(5)包裹住伸缩杆(6)，当质量块(4)碰到弹簧(5)和伸缩杆(6)时，弹簧不容易偏移从而在竖向提供径向刚度。
2.根据权利要求1所述的一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱，其特征在于：待减振体系(1)可以为建筑结构、发生竖向振动的桥面板结构。
3.根据权利要求1所述的一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱，其特征在于：通过悬臂杆(2)、悬空杆(3)以及弹簧(5)形成三级刚度，当待减振体系(1)发生微小振动时，质量块(4)不接触悬空杆(3)和弹簧(5)，仅有悬臂杆(2)充当刚度项，此时非线性能量阱刚度为K1；当振动加大时，质量块(4)将接触到悬空杆(3)，此时非线性能量阱刚度提升为K1+K2；当振动加剧时，质量块(4)将接触到弹簧(5)，此时非线性能量阱刚度提升为K1+K2+K3；从而形成分段线性刚度，其拟合后的刚度接近于立方刚度。
4.根据权利要求1所述的一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱，其特征在于：曲面摩擦板(7)中设置有三段摩擦区域，所述三段摩擦区域中摩擦阻尼系数从中间往两端依次增大，其中三段摩擦区域的阻尼系数分别为μ1、μ2和μ3，曲面摩擦板(7)曲率与悬臂杆(2)端部弯曲时的曲率相近，当待减振体系(1)发生不同幅值的振动时，质量块(4)会依次接触到曲面摩擦板(7)的三段摩擦区域，从而产生分段阻尼。
5.根据权利要求1所述的一种分段刚度摩擦阻尼非线性能量阱，其特征在于：当待减振体系(1)发生微小振动时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1、μ1；当待减振体系(1)振动幅度提升时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1+K2、μ2；当待减振体系(1)振动幅度继续提升时，非线性能量阱的刚度系数和阻尼系数分别为K1+K2+K3、μ3；从而形成具有变刚度变阻尼特性的非线性动力吸振器。
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