[發明專利]一種阻尼力可控型粘滯阻尼器及其智能監測與控制系統

有效

• 申請號: 201310116033.8
• 申請日: 2013-04-03
• 公開（公告）號: CN103291803A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 袁涌;資道銘;朱宏平;崔文社
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F16F9/18
• 分類號: F16F9/18;F16F9/508;F16F9/32
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于結構減震技術領域，更具體地，涉及一種阻尼力可控型粘滯阻尼器及其智能監測與控制系統。

背景技術

阻尼器是以一種提供運動阻力來實現耗減運動能量的裝置。從二十世紀七十年代后，阻尼技術開始逐步用于建筑、橋梁、鐵路等結構工程中，并獲得了迅猛的發展。目前，阻尼器主要分為彈簧阻尼器、液壓阻尼器、旋轉阻尼器、粘滯阻尼器等，其中粘滯阻尼器的工作原理是根據流體運動，特別是流體經過節流孔時會產生粘滯阻力的效應而制成的阻尼器。由于其具備自身剛度不定、抗侯性好、既可降低結構應力也能降低反應位移等優點，因此廣泛應用于高層建筑、橋梁、建筑結構抗震改造、工業管道設備抗振以及軍工等領域。

粘滯阻尼器的基本公式為F=CVa，其中F表示阻尼力，C是阻尼系數，V表示活塞運動的速度，a是速度指數。從公式可以看出，粘滯阻尼器屬于速度型阻尼器，其速度指數直接影響到阻尼器的耗能性能。對于粘滯阻尼器的阻尼耗能材料而言，目前通常使用的主要包括硅膠和硅油等類型。硅膠雖然具備較好的粘溫性、防潮絕電，壓縮變形小，但存在溫度穩定等性能較差的缺陷；硅油由于具備良好的耐熱、耐氧化和耐低溫性能，同時不易揮發、耐壓縮力大，表明張力小，化學性穩定，因此目前在業界作為主流的粘滯耗能材料。

然而，現有技術中的粘滯阻尼器的工作速度都是是預先設計的，一旦結構工程的振動大于粘滯阻尼器的設計值，就可能造成阻尼器的損壞并對工程結構的安全性造成很大影響；此外，當粘滯阻尼器安裝到結構工程上之后，工程結構的振動受力及所產生位移的狀況不能被有效監測，從而無法對工程結構的振動狀態進行及時、有效的監控和相應控制。相應地，在相關領域中存在著對上述類型阻尼器的構造及其配套使用方式作出進一步改進的技術需求。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提出一種阻尼力可控型的粘滯阻尼器及其智能監測與控制系統，其中通過對阻尼耗能材料的構成及關鍵性能參數的改進，能夠實現對阻尼器阻尼力的有效控制；此外通過設計相關的監測與控制系統，可以對阻尼器運行狀態實現實時、智能檢測及調整控制，從而達到對工程結構安全的更好保護。

按照本發明的一個方面，提供了一種阻尼力可控型的粘滯阻尼器，該阻尼器包括缸體、活塞和活塞桿，其特征在于：

缸體內部被分隔為主缸和副缸，其中主缸內充有由聚乙二醇和納米量級二氧化硅粒子共同組成的阻尼介質，并且二氧化硅粒子懸浮分散在呈流體狀態的聚乙二醇中；

所述活塞設置在主缸內部并可沿其軸向方向來回移動，由此帶動與之相連的活塞桿一同移動；所述活塞桿的一端貫穿開設在活塞上的阻尼孔，另外一端伸入至副缸中。

通過以上構思，當此粘滯阻尼器工作時，活塞會在主缸和副缸內來回運動，并且阻尼介質經過阻尼孔時會產生粘滯阻力，由此起到抗震減阻的效果。此外，由于選擇由聚乙二醇和懸浮其中的納米二氧化硅粒子來組成阻尼材料，流動性較強的聚乙二醇與堅硬的二氧化硅粒子結合之后，二氧化硅微粒會融合到聚乙二醇中并構成較好的匹配，形成一種與速度相關性很強的阻尼耗能材料：當這種材料的運動速度較緩慢時，硬質粒子能夠到處運動，并使阻尼材料整體呈現為液體；而當運動速度加快時，硬質粒子相互碰撞并阻礙彼此的運動，由此從整體上看阻尼材料變得韌性提高，并逐步從液相轉換為固相。相應地，該阻尼器可以在低速時材料粒子互不干擾，并以正常模式起到阻尼耗能作用；而一旦阻尼器受到沖擊或發生快速運動時，材料粒子之間發生碰撞并轉換為固相，由此產生較大的阻尼力并以新的模式起到耗能作用。

作為進一步優選地，對于聚乙二醇和納米量級二氧化硅粒子而言，兩者之間按照25:1～34:1的體積比進行配料。

較多的對比測試表明，當聚乙二醇的比例過大時，很難實現阻尼材料由液態向固態的轉變，阻尼力不易可控；而當二氧化硅粒子的組成比例過大時，在低溫下可能導致二氧化硅粒子的沉淀，不能起到阻尼力可控的作用；通過對按照本發明的聚合物基阻尼材料的配料比進行以上限定，這樣所獲得的阻尼材料能夠在低速和高速的情況下都較好地執行耗能作用，并具備溫度承受范圍廣、壓縮變形小、阻尼性能高、阻尼力可控等優點。。

作為進一步優選地，所述聚乙二醇為分子量為4000～6000的聚乙二醇并呈現粘稠狀，所述二氧化硅粒子的平均顆粒尺寸為100～150納米。