[發明專利]變剛度變阻尼調諧質量阻尼器

有效

• 申請號: 201110324243.7
• 申請日: 2011-10-23
• 公開（公告）號: CN102345333A
• 公開（公告）日: 2012-02-08
• 發明（設計）人: 孫洪鑫;王修勇;姚響宇
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E01D19/00;E02B17/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

?本發明屬于振動控制技術領域，具體涉及一種主要用于高層建筑或大跨橋梁、海洋平臺等多頻結構振動控制的變剛度變阻尼調諧質量阻尼器。

背景技術

?調諧質量阻尼器是最常用的控制裝置，其機理是應用環境荷載對結構物以及放置在結構物上減振裝置的雙調諧原理，吸收部分振動能量，達到減振的效果。提高調諧質量阻尼器減振效果和減振效率的關鍵是確定最佳的調諧頻率和阻尼比。常規調諧質量阻尼器振動控制時，由于其調諧頻率、阻尼比固定不變，則在外部激勵、結構主振模態及固有動力特性變化時容易失調，即使采用多重調諧質量阻尼器，大多數調諧質量阻尼器同樣沒有達到最佳減振條件，不能充分發揮調諧質量阻尼器的減振效率。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種減振效果好、減振效率高的變剛度變阻尼調諧質量阻尼器。

本發明是通過如下的技術方案來實現上述目的的：該變剛度變阻尼調諧質量阻尼器，主要用于高層建筑或大跨橋梁、海洋平臺等多頻結構物的振動控制，它包括一個質量塊，質量塊的上方垂直方向設有用于平衡質量塊重力的豎向彈簧，豎向彈簧上端固定，下端與質量塊連接；質量塊的下方垂直方向和水平橫向分別設有一個磁流變阻尼器，磁流變阻尼器的一端固定，另一端與質量塊連接；質量塊的水平縱向設有一個懸臂彈簧，懸臂彈簧的一端與質量塊連接，另一端與一個行走機構連接；所述行走機構與懸臂彈簧保持正交，其兩端安裝在與懸臂彈簧縱向伸縮方向平行的兩側剛性導軌上，行走機構的一側末端連接有一個步進電機，并由其驅動行走機構沿縱向移動，實時調節懸臂彈簧的長度；所述磁流變阻尼器和步進電機與被控結構物的實時監測控制系統相連，通過控制步進電機實時改變懸臂彈簧的長度而改變調諧頻率，通過調節磁流變阻尼器的電流實時改變阻尼比。

更具體地說，實際投入使用時，根據具體需要可以選用質量塊的材料，如水箱，并根據減振結構不同選用合適的質量值來調節阻尼器的固有頻率。

本發明利用步進電機改變懸臂彈簧的長度，改變調諧質量阻尼器的調諧頻率；通過調節磁流變阻尼器的電流改變調諧質量阻尼器的阻尼比，實現剛度與阻尼連續可變并適用于豎向及橫向振動控制，具有減振頻帶寬，自適應調節方便和快速的特點。

綜上所述，本發明的變剛度變阻尼調諧質量阻尼器與現有調諧質量阻尼器相比，因加入了磁流變液阻尼器裝置和步進電機，具有如下優點：

（1）本發明的變剛度變阻尼調諧質量阻尼器工作原理清晰，減振效果好，減振效率高。

（2）利用了磁流變阻尼器阻尼大小智能可調的特點，通過調節電流大小，來提供阻尼力的大小，方便地代替了傳統的粘性阻尼器，在工程應用上易于實現半主動控制其特性，最終使結構減振達到最優效果。

（3）變剛度裝置采用步進電機驅動行走結構改變懸臂彈簧長度來改變調諧頻率，具有響應快、精度高的特點。

附圖說明

圖1是本發明實施例的結構示意圖。

圖2是本發明實施例實時監測控制系統的半主動控制流程框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細的描述。

參見圖1，本實施例包括質量塊6，質量塊6的材料采用水箱，質量塊6的上方垂直方向設有用于平衡質量塊重力的豎向彈簧5，豎向彈簧5上端固定，下端與質量塊6連接。若是將本發明的調諧質量阻尼器安裝于大跨橋梁的箱形主梁中，質量塊6上方懸掛的豎向彈簧5可直接錨于箱梁上頂板底面。由圖可見，質量塊6的下方垂直方向和水平橫向分別設有一個磁流變阻尼器7，磁流變阻尼器7的一端固定，另一端與質量塊6連接。在質量塊6的水平縱向設有一個懸臂彈簧4，懸臂彈簧4的一端與質量塊6連接，另一端與行走機構2連接。行走機構2與懸臂彈簧4保持正交，其兩端安裝在與懸臂彈簧4縱向伸縮方向平行的兩側剛性導軌1上，行走機構2的一側末端連接有步進電機3，并由步進電機3驅動行走機構2沿縱向移動，實時調節懸臂彈簧4的長度。質量塊6的振動，將引起磁流變阻尼器7相對運動，達到耗能減振的目的，有效抑制了豎向及橫向振動。通過步進電機3運動實時調節懸臂彈簧4的長度，以及改變所述磁流變阻尼器7的電流，實現剛度與阻尼連續可變，方便快捷。

上述磁流變阻尼器7和步進電機3與被控結構物的實時監測控制系統相連，通過控制步進電機3實時改變懸臂彈簧4的長度而改變調諧頻率，通過調節磁流變阻尼器7的電流實時改變阻尼比。

參見圖2，是本實施例實時監測控制系統的半主動控制流程框圖。其工作原理是：當結構物受到干擾運動時，帶動本發明的調諧質量阻尼器一起振動，調諧質量阻尼器相對運動產生的慣性力反作用到結構物上。使結構物的振動能量最大限度地轉移到調諧質量阻尼器上，并由磁流變阻尼器的阻尼作用加以耗散，從而減小結構物的振動反應。當外部激勵、結構物的固有動力特性發生變化時，傳感器實時監測的主結構振動和調諧質量阻尼器響應特征，然后進行頻譜分析，根據半主動控制算法，計算出最優剛度參數和阻尼參數，依據控制編碼器，通過步進電機實時改變懸臂彈簧的長度，從而改變調諧質量阻尼器的調諧頻率；通過調節磁流變阻尼器的電流實時改變調諧質量阻尼器的阻尼比，提高了減振效率，保持了最佳減振效果。