[發(fā)明專利]一種雙出桿壓電-磁流變復(fù)合智能阻尼器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880098467.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112805489B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴納新;李圣彬;蔣炳炎;譚平;周福霖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南華大學(xué)
• 主分類號(hào): F16F6/00
• 分類號(hào): F16F6/00
• 代理公司: 長(zhǎng)沙正奇專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 43113
• 代理人: 馬強(qiáng);李宇

一種雙出桿壓電?磁流變復(fù)合智能阻尼器，包括工作缸（6），其兩端對(duì)應(yīng)安裝有左端蓋（5）和右端蓋（10）；工作缸（6）內(nèi)裝有活塞（12）；活塞（12）的兩端對(duì)應(yīng)固定連接有第一活塞桿（1）和第二活塞桿（11）；活塞（12）將工作缸（6）分隔為分別位于活塞（12）兩端側(cè)的第一腔體和第二腔體，第一腔體和第二腔體內(nèi)充滿磁流變液（9）；工作缸（6）內(nèi)壁設(shè)有壓電陶瓷（8），在壓電陶瓷（8）與活塞（12）之間形成工作間隙（7），工作間隙（7）連通第一腔體和第二腔體；工作間隙（7）一側(cè)設(shè)有磁場(chǎng)發(fā)生裝置，滿足了土木工程在地震作用下減震控制的要求。還涉及該雙出桿壓電?磁流變復(fù)合智能阻尼器的控制方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙出桿壓電-磁流變復(fù)合智能阻尼器及其控制方法，屬于阻尼器領(lǐng)域，尤其涉及一種用于大型土木工程結(jié)構(gòu)抗震(振)的阻尼器。

背景技術(shù)

強(qiáng)烈的地震給世界各國(guó)人民造成了巨大的災(zāi)害。地震中建筑物的大量破壞與倒塌，是造成地震災(zāi)害的直接原因。我國(guó)是世界上地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一，全國(guó)約450個(gè)城市中，位于地震區(qū)的占74.5％。28個(gè)百萬(wàn)以上人口的大城市中，有85.7％位于地震區(qū)。并且隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前大型土木工程結(jié)構(gòu)(主要集中在高層建筑結(jié)構(gòu)、高聳構(gòu)筑結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、水壩等重要結(jié)構(gòu)形式)的應(yīng)用日益增多，所采用的材料趨向輕質(zhì)高強(qiáng)，這就使結(jié)構(gòu)柔度增加、阻尼下降，對(duì)風(fēng)力及地震作用更為敏感。為保證結(jié)構(gòu)的完整性與其它要求(如建筑物中人的舒適性等)，往往要對(duì)環(huán)境外載(如風(fēng)、地震等)引起的響應(yīng)進(jìn)行控制。所以有關(guān)大型土木工程的抗震及減振問(wèn)題更顯突出，而通過(guò)在土木工程結(jié)構(gòu)上設(shè)置控制機(jī)構(gòu)，由控制結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)共同抵御地震動(dòng)等動(dòng)力荷載，使結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)減小的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究有重要現(xiàn)實(shí)意義。

磁流變液是一種性能優(yōu)良的智能材料，在磁場(chǎng)的作用下能夠在瞬間從牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟星芰^高的粘塑性體，且這種轉(zhuǎn)變連續(xù)可逆。磁流變阻尼器是應(yīng)用磁流變液在強(qiáng)磁場(chǎng)下的快速可逆流變特性而制造的一種新型振動(dòng)控制裝置。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、相變快、阻尼力大而且連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形和外部地震(風(fēng)振)激勵(lì)，按照特定的控制規(guī)律，控制外加磁流變阻尼器的力學(xué)性能，從而在瞬間內(nèi)改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特性參數(shù)以使結(jié)構(gòu)達(dá)到最好的控制效果。

壓電材料是一種具有壓電效應(yīng)的特殊材料。所謂壓電效應(yīng)是指在壓力作用下材料的兩個(gè)表面會(huì)出現(xiàn)符號(hào)相反的束縛電荷(稱為正壓電效應(yīng))，或者在電場(chǎng)作用下材料產(chǎn)生與電場(chǎng)強(qiáng)度成比例的變形或應(yīng)力(稱為逆正壓電效應(yīng))。壓電材料可分為壓電晶體、壓電纖維、壓電陶瓷和壓電聚合物等幾類。在土木T程結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域得到較多關(guān)注的是壓電陶瓷，其中鋯鈦酸鉛(PZT)是最常用的壓電陶瓷。

利用壓電陶瓷可制作適用于土木工程結(jié)構(gòu)智能控制的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和壓電變摩擦阻尼器。

磁流變液阻尼器是一種以磁流變液為工作液的阻尼可調(diào)器件，磁流變液阻尼器的力學(xué)特性可以由外加磁場(chǎng)連續(xù)控制。其中的工作液為磁流變液，主要由載液、磁性顆粒及添加劑三部分組成，沒(méi)有外加磁場(chǎng)作用時(shí)，該磁性液體表現(xiàn)為低粘度流體特性，一旦加入外加磁場(chǎng)，將呈現(xiàn)為高粘度的半固體狀態(tài)。由于磁流變液阻尼器具有可調(diào)范圍寬、響應(yīng)速度快、功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械振動(dòng)、車(chē)輛、建筑結(jié)構(gòu)等振動(dòng)控制領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)耗能器和阻尼器大多是利用單一的耗能機(jī)制或單一的耗能元件和材料耗能，所提供的阻尼力和初始剛度有限。因此所需耗能器(阻尼器)數(shù)量較多，布置起來(lái)較麻煩，施工程序和周期增加，且影響建筑使用空間，如中國(guó)專利申請(qǐng)CN201110131422.9，這種阻尼器存在問(wèn)題：一是動(dòng)態(tài)時(shí)間較長(zhǎng)，直接影響了磁流變液阻尼器的應(yīng)用范圍和減振效果；二是阻尼力調(diào)整范圍有限，導(dǎo)致其土木工程結(jié)構(gòu)的減震效果有限，大大限制了磁流變阻尼器的應(yīng)用范圍。另外現(xiàn)有的磁流變阻尼器普遍把阻尼孔設(shè)計(jì)在液壓缸的內(nèi)部，阻尼孔為液壓缸的活塞與液壓缸缸筒內(nèi)壁之間，并且此間隙通常不可調(diào)節(jié)。

現(xiàn)有技術(shù)：

1、著作：《磁流變液智能材料與器件及結(jié)構(gòu)振動(dòng)的智能控制》[瞿偉廉著]2013年；