[發明專利]一種基于壓電變摩擦的粘滯阻尼器

在審

• 申請號: 202110784111.6
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113431413A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 涂建維;劉家利;周欣茹
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: E04H9/02
• 分類號: E04H9/02;E04B1/98
• 代理公司: 北京中索知識產權代理有限公司 11640
• 代理人: 高海濤

本發明提供了一種基于壓電變摩擦的粘滯阻尼器，包括缸筒，缸筒內安設有活塞，活塞連接有活塞桿，活塞的內部安置有疊層式壓電驅動器，疊層式壓電驅動器與活塞桿相互垂直但不相交。本發明通過在粘滯阻尼器的內部設置有疊層式壓電驅動器，在正壓電效應下可以將電能轉化為機械能，即通過對疊層式壓電陶瓷通電流，改變壓電陶瓷的形變量，改變作用于摩擦片上的應力，從而改變推動活塞桿的力大小，增加粘滯阻尼器的耗能，同時可以給予結構額外的剛度，輔助結構抵擋外部荷載。該技術具有靈活性高、穩定性高，精度高，使用周期長等優點，可以用來改善低頻下粘滯阻尼器耗能能力低，不能為結構提供額外剛度的問題。

技術領域

本發明屬于結構工程、振動控制領域，具體而言，涉及一種基于壓電變摩擦的粘滯阻尼器。

背景技術

框架結構廣泛應用于民用建筑中，在地震等強烈的外部作用下，框架結構的安全關系到眾多人民的生命、財產安全。規范要求框架結構在設計時得以“小震不壞、中震可修、大震不倒”為目標，遵循“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱構件”的思想。但是在大震面前，結構損傷依然非常大，傳統的加固方法增大截面法、加固截點法、粘鋼加固法均是按照加強結構本身的強度、剛度、延性等傳統抗震方法抵御地震作用，且效果有限，這樣不僅會直接增加建造費用，而且在強震作用下，結構發生破壞也不易修復。

于是有研究者提出在結構中布置減震裝置，通過摩擦、彎曲、彈塑性滯回變形等耗能方式合理有效地抗震，由結構和布置的減震裝置共同承受地震作用，使減震裝置先于結構耗散地震輸入的能量，如果地震能量過大，先于結構破壞，從而減少了主體結構的損傷，傳統的耗能減震裝置有：金屬阻尼器、摩擦阻尼器、粘滯阻尼器、以及橡膠隔震支座等。摩擦阻尼器是利用摩擦學原理，耗散由于振動而輸入到結構中的能量；粘滯阻尼器利用粘滯流體材料通過節流孔或者間隙時耗散和吸收了外部荷載輸入到結構中的部分能量，轉化為熱能等其他形式的能量的原理制成,是一種速度相關型的阻尼器。但是其本身存在一定缺點，首先它安裝在結構中會增加結構的阻尼，但并不會為結構提供剛度；其次在低頻結構振動中，粘滯阻尼器提供的能量耗散太少，這時只能靠結構耗散大量能量，阻尼器起不到應有的作用。

有鑒于此，特提出本發明。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于壓電變摩擦的粘滯阻尼器，通過在粘滯阻尼器的內部設置疊層式壓電驅動器，使得壓電變摩擦的粘滯阻尼器具有以下優點，承載力大、響應快、位移可重復性好、電場控制相對簡單。

為了實現上述技術目的，本發明提供了以下技術方案：

本發明提供了一種基于壓電變摩擦的粘滯阻尼器，包括缸筒，所述缸筒內安設有活塞，所述活塞連接有活塞桿，所述活塞的內部安置有疊層式壓電驅動器，所述疊層式壓電驅動器與所述活塞桿相互垂直但不相交。

現有技術中，粘滯阻尼器安裝在結構中會增加結構的阻尼，但并不會為結構提供剛度；其次在低頻結構振動中，粘滯阻尼器提供的能量耗散太少，這時只能靠結構耗散大量能量，阻尼器起不到應有的作用。

本發明通過在粘滯阻尼器的內部設置有疊層式壓電驅動器，在正壓電效應下可以將電能轉化為機械能，即通過對疊層式壓電陶瓷通電流，改變壓電陶瓷的形變量，改變作用于摩擦片上的應力，從而改變推動活塞桿的力大小，增加粘滯阻尼器的耗能，同時可以給予結構額外的剛度，輔助結構抵擋外部荷載。該技術具有靈活性高、穩定性高，精度高，使用周期長等優點，可以用來改善低頻下粘滯阻尼器耗能能力低，不能為結構提供額外剛度的問題。

優選的，所述疊層式壓電驅動器包括壓電片用以調節正應力，所述壓電片的個數大于等于2。

優選的，所述缸筒的內壁均勻包覆有摩擦材料用以增加摩擦力。

優選的，所述摩擦材料和所述活塞之間設置有摩擦片，所述摩擦片為環形。

優選的，所述活塞開設有阻尼孔用以降低壓力。