[發明專利]一種內置負剛度元件的超低頻寬譜周期性隔振結構

有效

• 申請號: 201911035268.8
• 申請日: 2019-10-29
• 公開（公告）號: CN110735874B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 周鵬;李惠;劉敏
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: F16F6/00
• 分類號: F16F6/00;F16F13/00
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

本發明提供了一種內置負剛度元件的超低頻寬譜周期性隔振結構，布置在外界振源向電子工業廠房的傳播路徑上，而頻率禁帶覆蓋電子工業廠房的自振頻率，切斷外界振動的傳播，其由多個相同的內置負剛度單元的周期性隔振單元在隔振方向上依次連接構成，包括第一外部質點、多個內部質點、多個第二外部質點、多個直線光軸、多個外側正剛度彈性元件、多個中間正剛度彈性元件。第二外部質點設置有凸出的腔體，腔體內部的上、下壁上都固定有永磁鐵，直線光軸的另外一端固定連接有隨動磁鐵，直線光軸、兩個永磁鐵和隨動磁鐵在腔體內形成負剛度元件。本發明的頻率禁帶在保持頻率上限較大的前提下，下限仍然低至0Hz，從而實現一種超低頻寬譜的隔離效果。

技術領域

本發明屬于土木工程結構隔振領域，具體涉及一種內置負剛度元件的超低頻寬譜周期性隔振結構。

背景技術

作為重要的基礎設施，電子工業廠房不僅造價高昂，而且有嚴苛的隔振需求。而大地脈動、地面交通和軌道交通等外部因素不可避免地引起危害性振動，特別是其中0Hz附近的超低頻成分，嚴重影響電子工業廠房的正常運行，甚至影響加工精度，降低產品良率，進而造成重大的工期延誤和經濟損失。因此，研究超低頻微振動的隔離技術與方法，是電子工業基礎設施面臨的行業共性問題，對保障電子工業廠房正常運行有重要的科學意義和實用價值。

目前，基于工作機理，電子工業廠房的微振動隔離方法主要有被動隔振和主動隔振兩大類。其中，被動隔振技術，通過合理設計地基基礎和隔振墊層以減少振動對結構本身的影響。其中隔振墊層一般由彈性、阻尼等力學元件構成，如工程中常見的大型空氣隔振墊層，利用空氣彈簧實現對微振動的隔離。被動隔振方法穩定可靠，但由于自身剛度的存在，使得這些隔振裝置的自振頻率一般在1-2Hz之間，因而對高頻振動的隔離效果較優，而對低于其自振頻率的振動成分無法實現有效隔離。而主動隔離方法，通過引入主動控制的思想，利用主動元器件，諸如超磁致伸縮作動器，線圈洛倫茲力制動器等，實現了主動的控制力，進一步降低原有被動隔振裝置的自由頻率，實現隔離范圍的一定擴大。但是，主動方法需要實時的傳感器反饋和外部能源的不間斷供應，增加了系統的復雜程度，降低了隔振層整體的可靠性。最主要的是，系統本身穩定的需求使得隔離頻率雖然有一定降低，但仍無法真正達到接近0Hz的超低頻成分。所以，主動隔離方法對外界振動的超低頻成分的隔離效果并不理想，其實際應用仍然受到一定的限制。

發明內容

基于以上不足之處，本發明的目的在于提供一種內置負剛度元件的超低頻寬譜周期性隔振結構，適用于電子工業廠房等基礎設施，實現對低至0Hz附近區域超低頻微振動的完全吸收與隔離。

本發明目的是這樣實現的：一種內置負剛度元件的超低頻寬譜周期性隔振結構，由多個相同的內置負剛度單元的周期性隔振單元在隔振方向上依次連接構成，所述的內置負剛度單元的周期性隔振單元包括第一外部質點、多個內部質點、多個第二外部質點、多個直線光軸、多個外側正剛度彈性元件、多個中間正剛度彈性元件，第一和第二外部質點之間分別對稱連接有兩個外側正剛度彈性元件，所述的內部質點位于兩個外側正剛度彈性元件、第一和第二外部質點形成的空間內，所述的內部質點的上端通過中間正剛度彈性元件與第一外部質點下端連接，所述的內部質點的下端與直線光軸的一端固定連接，所述的第二外部質點有一個向內凸出的腔體，所述的直線光軸穿過所述的腔體，并能夠在所述的腔體內自由滑動，所述的腔體內部的上壁和下壁上都固定有永磁鐵，且這兩個永磁鐵磁極方向相同，所述的直線光軸的另外一端固定連接有隨動磁鐵，所述的直線光軸、兩個永磁鐵和隨動磁鐵在腔體內形成負剛度元件，該隨動磁鐵與兩個永磁鐵磁極方向相同，且在同一軸線上，下一個第二外部質點和下一個內部質點與上一個第二外部質點按上述結構在隔振方向上依次連接，當隨動磁鐵偏離平衡位置時，兩個永磁鐵對其的作用力使其有繼續偏離平衡位置的趨勢，即實現前一內部質點與下一個相鄰的第二外部質點之間的被動負剛度耦聯。