[發(fā)明專利]一種半主動負(fù)剛度多維減振裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911376039.2
• 申請日: 2019-12-27
• 公開（公告）號: CN111042370B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田利;畢文哲;付朝陽;劉凱銘
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發(fā)明公開了一種半主動負(fù)剛度多維減振裝置，包括一個(gè)外箱體，外箱體內(nèi)部設(shè)有調(diào)諧液體阻尼器、負(fù)剛度機(jī)構(gòu)和磁致伸縮振動發(fā)電單元。調(diào)諧液體阻尼器為裝有阻尼液的圓筒，圓筒的側(cè)面通過多個(gè)一端接有滾球的彈簧與吸振層相連，圓筒放置在若干金屬球上，金屬球放置在鼓形體上方。鼓形體與其四周呈放射狀布置的負(fù)剛度調(diào)節(jié)單元構(gòu)成了負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，在外箱體內(nèi)底部設(shè)有超磁致伸縮體，與鼓形體之間通過碟簧相連，超磁致伸縮體的四周由內(nèi)向外設(shè)有感應(yīng)線圈和永磁體，構(gòu)成磁致伸縮振動發(fā)電單元。鼓形體底部設(shè)有加速度傳感器，與所述的磁致伸縮振動發(fā)電單元、電能存儲與提取單元、控制器以及勵(lì)磁線圈串聯(lián)形成閉合回路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于土木工程的振動控制領(lǐng)域，具體涉及一種半主動負(fù)剛度多維減振裝置，主要用于控制大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂及高聳結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。

背景技術(shù)

我國《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，抗震設(shè)防烈度為8、9度時(shí)的大跨度和長懸臂結(jié)構(gòu)以及9度時(shí)的高層建筑，應(yīng)考慮豎向地震作用。減振控制技術(shù)是通過在結(jié)構(gòu)的特定部位安裝某種耗能裝置來達(dá)到減振的目的，根據(jù)是否有外部能量的輸入，可分為被動控制、主動控制和半主動控制。其中半主動控制是利用機(jī)敏材料來感知結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的信息，通過驅(qū)動材料自適應(yīng)剛度或阻尼實(shí)時(shí)改變結(jié)構(gòu)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)動態(tài)控制，具有較好的靈活性和控制效果。

智能材料在結(jié)構(gòu)控制中的應(yīng)用已成為振動控制研究的前沿領(lǐng)域，在結(jié)構(gòu)半主動控制中具有廣闊的應(yīng)用前景。超磁致伸縮材料(Giant magnetostrictive material.GMM)是一種新型智能材料，具有磁致伸縮應(yīng)變及推力大、能量轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，具有機(jī)械能與電磁能間的雙向可逆換能效應(yīng)。利用其受力后發(fā)生磁致伸縮逆效應(yīng)的特性，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電磁能；同時(shí)，當(dāng)GMM材料周圍的磁場發(fā)生變化時(shí)，其長度會發(fā)生較大變化，利用這一特性可以實(shí)現(xiàn)剛度的調(diào)節(jié)。負(fù)剛度阻尼裝置是近年來發(fā)展起來的一種新的隔振減振系統(tǒng)，對低頻振動的抑制具有良好的效果，但是目前對可變負(fù)剛度的半主動控制型減振裝置研究較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種半主動負(fù)剛度多維減振裝置，旨在減小大跨度結(jié)構(gòu)、長懸臂及高聳結(jié)構(gòu)在環(huán)境荷載激勵(lì)作用下的水平和豎向的振動及扭轉(zhuǎn)響應(yīng)，達(dá)到耗能減振的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種半主動負(fù)剛度多維減振裝置，包括一個(gè)外箱體，所述的外箱體內(nèi)部設(shè)有調(diào)諧液體阻尼器、負(fù)剛度機(jī)構(gòu)和磁致伸縮振動發(fā)電單元。所述的調(diào)諧液體阻尼器為一個(gè)裝有阻尼液的圓筒，圓筒的側(cè)面通過多個(gè)一端接有滾球的彈簧與外箱體內(nèi)側(cè)的吸振層相連，所述的圓筒放置在若干金屬球上，所述的金屬球放置在一個(gè)鼓形體上方的球形凹槽內(nèi)。所述的鼓形體與其四周呈放射狀布置的負(fù)剛度調(diào)節(jié)單元構(gòu)成了負(fù)剛度機(jī)構(gòu)，所述的負(fù)剛度調(diào)節(jié)單元包括超磁致伸縮桿、預(yù)壓彈簧、直線軸承和外圈的勵(lì)磁線圈，所述的超磁致伸縮桿的一端通過預(yù)壓彈簧保持壓緊狀態(tài)，另一端上設(shè)有貼合鼓形體外表面滾動的滾輪。在所述的外箱體內(nèi)底部設(shè)有超磁致伸縮體，與鼓形體之間通過碟簧相連，所述的超磁致伸縮體的四周由內(nèi)向外設(shè)有感應(yīng)線圈和永磁體，構(gòu)成磁致伸縮振動發(fā)電單元。所述的鼓形體底部設(shè)有加速度傳感器，與所述的磁致伸縮振動發(fā)電單元、電能存儲與提取單元、控制器以及勵(lì)磁線圈串聯(lián)形成閉合回路。

進(jìn)一步的，所述的外箱體與圓筒均為圓柱形的金屬筒狀結(jié)構(gòu)，且兩者同軸安裝。

進(jìn)一步的，所述的圓筒的內(nèi)部裝有一定高度的阻尼液，圓筒內(nèi)環(huán)周豎向布置若干片阻尼網(wǎng)，可通過調(diào)節(jié)阻尼液的高度和阻尼網(wǎng)的網(wǎng)孔尺寸，調(diào)節(jié)調(diào)諧液體阻尼器的阻尼比。

進(jìn)一步的，所述的彈簧在外箱體與圓筒之間呈放射狀均勻分布，彈簧的數(shù)量根據(jù)實(shí)際需要而定，且不少于4個(gè)。彈簧采用形狀記憶合金材料，具有較好的自復(fù)位性能。

進(jìn)一步的，所述的彈簧與滾球之間、超磁致伸縮桿與滾輪之間設(shè)有保持器，在兩者的接觸間隙涂有潤滑油。進(jìn)一步的，在所述的圓筒與金屬球相接觸的部分涂有潤滑油。