[發明專利]一種多維非線性能量阱減振裝置

有效

• 申請號: 201811386550.6
• 申請日: 2018-11-20
• 公開（公告）號: CN109322418B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 田利;高國棟;周夢瑤
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種多維非線性能量阱減振裝置，包括一個箱體，在所述的箱體內設有慣質單元，所述的慣質單元的一端與位于箱體內的阻尼部件相連，慣質單元的另一端與安裝連接單元相連；所述的箱體放在一個底承臺上，箱體底面與底承臺之間通過滾珠接觸，箱體可發生滑動；在垂直于箱體滑動的方向上，箱體兩側通過第一彈簧連接在底承臺兩側的擋板上，形成非線性剛度，此為第一自由度；在平行于箱體滑動方向上，所述的慣質單元與箱體之間通過第二彈簧相連，此為第二自由度。

技術領域

本發明屬于土木工程的結構耗能減振領域，具體涉及一種多維非線性能量阱減振裝置。

背景技術

伴隨著風災、地震等自然災害的頻繁發生，人們對于結構的抗風、抗震、減災的研究不斷深入。消能減振技術，通過在結構產生相對運動的部位增設附加消能減振裝置，減小結構本身的動力響應，保證了結構的安全性、舒適性和正常使用性等功能要求而被廣泛運用。

傳統減振裝置如調諧質量阻尼器等，屬于線性動力減振器，其原理為：通過調節減振裝置的頻率與主結構相近，改變結構的共振特性，原結構承受動力作用而劇烈振動時，由于調諧質量阻尼器質量塊的慣性而向原結構施加反方向作用力，其阻尼也發揮耗能作用，從而達到使原結構的振動反應明顯衰減的目的。但它存在著減振頻帶窄，質量過大會造成結構初始變形等缺陷。

非線性能量阱(Nonlinear Energy Sink，NES)是人們由傳統的動力吸振器中引入非線性特征而得到的新型減振裝置。在振動過程中，NES發生的靶向能量傳遞使得振動能量以一種不可逆的方式傳遞至振子，不會返回到原系統，并通過自身振子的阻尼作用促使能量耗散。由于其非線性剛度，NES能夠在較廣的頻域范圍內發生共振，對主體結構頻率的不確定性具有較高的魯棒性。但同時，NES的非線性導致其減振性能對輸入能量大小較敏感，減振效果將受到影響。

發明內容

本發明目的是提供一種多維非線性能量阱減振裝置，旨在克服現有技術不足，利用非線性能量阱解決調諧質量阻尼器控制頻域帶寬較窄問題，采用負泊松比材料的阻尼器及質量放大效果的慣質系統來提高吸振器的吸振耗能效果。

為實現上述目的，本發明采用下述技術方案：

一種多維非線性能量阱減振裝置，包括一個箱體，在所述的箱體內設有慣質單元，所述的慣質單元的一端與位于箱體內的阻尼部件相連，慣質單元的另一端與安裝連接單元相連；所述的箱體放在一個底承臺上，箱體底面與底承臺之間通過滾珠接觸，箱體可發生滑動；

在垂直于箱體滑動的方向上，箱體兩側通過第一彈簧連接在底承臺兩側的擋板上，形成非線性剛度，此為第一自由度；在平行于箱體滑動方向上，所述的慣質單元與箱體之間通過第二彈簧相連，此為第二自由度。

進一步的，所述箱體底端有一凹槽，在凹槽兩側槽面上安裝了磁極；所述的底承臺中間處，安裝有一導體，所述的導體卡在上方箱體的凹槽處；所述的兩側磁極會產生磁感線，當箱體在底承臺上滑動時，導體切割磁感線，發生耗能。

進一步的，所述的慣質阻尼器包括滾珠螺桿、螺母和旋轉飛輪；所述的滾珠螺桿的軸線方向與箱體滑動方向垂直，滾珠螺桿的一端延伸到箱體外與一個彈簧相連，另一端通過連接桿與阻尼部件相連，所述的螺母安裝在滾珠螺桿上，且所述的螺母與旋轉飛輪固定相連。

進一步的，所述的安裝連接單元為一個掛環，所述的掛環與第三彈簧連接，所述的掛環用于連接待減振結構。

進一步的，所述的滾珠螺桿與箱體接觸的位置設有小球，由于小球的存在，在待減振結構發生變形，只能帶動滾珠螺桿發生水平運動，所述的慣質阻尼器可以將水平運動轉化為旋轉運動，從而使飛輪旋轉運動。進一步的，所述的阻尼部件為負泊松比阻尼器。

進一步的，所述的滾珠螺桿的兩側均通過所述的第二彈簧與箱體內壁相連。

本發明的工作原理如下：