[發明專利]一種吊桿減振的雙環形強磁體陣列非線性動力吸振器及設計方法

在審

• 申請號: 202010541534.0
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN111637186A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 安永輝;黃世俊;歐進萍
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;F16F15/023;E01D19/00;G06F30/13
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發明公開了一種吊桿減振的雙環形強磁體陣列非線性動力吸振器及設計方法，屬結構振動控制領域。安裝位置和數量根據減振需求設計，通常在吊桿中點安裝一個。該吸振器包含內和外磁環陣列、配重、萬向輪及底座。它在運動中反饋與吊桿振動方向相反的控制力，使吊桿振動能量轉移到吸振器進而較少返還吊桿，通過萬向輪與底座間的摩擦、加裝空氣阻尼器等措施耗散能量。它引入了非線性剛度，使最優參數域范圍從線域拓展到面域進而具備參數易調諧、減振魯棒性高的突出優點，且易安裝、耐久性強、不需或只需較少維護，對單、雙和四索吊桿均適用，有望實現吊桿全壽命周期減振效果良好的目標，對保障行車與橋梁安全及延長吊桿使用壽命有積極意義。

技術領域

本發明屬于工程結構振動控制技術領域，具體為基于非線性動力吸振器的 結構被動控制領域，具體應用是懸索橋和拱橋的吊桿及其他拉索結構的振動控 制。

背景技術

大跨纜索承重橋梁往往是重要的交通樞紐，常建在江河湖海、深山峽谷等 地勢復雜、大氣活動劇烈且大風頻發的地區，作為懸索橋和拱橋關鍵受力構件 的吊桿，其隨橋梁跨度逐漸增加變得更加細、長和柔，加上其小阻尼等特點， 導致其受突出的風致動力作用影響和長期往復振動引發的疲勞損傷累積等問題， 已成為其長期安全服役及使用壽命面臨的關鍵挑戰之一。近年來，部分大跨懸 索橋監測系統錄像顯示吊桿在極端天氣下屢屢發生振動劇烈的現象，越來越受 到研究者和工程師們的關注。因此，需采取有效的減振措施來控制吊桿振動， 保障其服役和行車安全并延長其使用壽命。

目前，常用的方法是安裝分隔器或調諧質量阻尼器(TMD)：(1)單吊桿無法 安裝分隔器，而TMD實現最優控制的要求往往較為苛刻、設計中最優參數選擇 范圍窄，且在長期服役中TMD易出現彈簧疲勞、銹蝕和老化問題進而導致其頻 率發生改變，大大降低了TMD減振效果；同時，TMD存在特定頻帶范圍荷載 下被控結構振動響應增大的不良現象，有待縮小該頻帶寬度并減小其范圍下的 振動響應幅值。(2)雙索和四索吊桿的索與索之間安裝分隔器能有效避免碰索現 象；但分隔器對垂直于雙吊桿平面的方向減振作用很小；對于四索吊桿在雙向 有一定的減振作用，但馳振氣動干擾等仍導致其振動問題突出。因此，吊桿仍 缺乏一套減振效果好、參數易調諧、控制魯棒性強、易維護且適用性相對廣泛 的振動控制解決方案。

本發明提出了一種吊桿減振的雙環形強磁體陣列非線性動力吸振器，它是 一種結構被動控制裝置，通過改變內外環強磁體陣列的幾何參數和物理參數控 制線性剛度和非線性剛度，利用萬向輪與吸振器底座間的摩擦或加裝空氣阻尼 器等措施耗散能量，從而抑制待控吊桿的振動。由于非線性剛度的引入，其最 優參數域范圍得到了很大的拓展，減振效果魯棒性得到了有效提高，且其在特 定頻帶范圍荷載下使被控結構振動響應增大的不良現象相比TMD有較大改善； 這些特點均使其應用于吊桿有望實現良好的減振效果，且具有參數易調諧、強 耐久性、易維護性、對單/雙/四索吊桿均適用等優點。

本發明為大跨橋梁吊桿振動控制提供了一套方便實用的解決方案，為保障 吊桿安全服役和使用壽命提供了支撐。本說明書僅以大跨橋梁吊桿這一應用背 景為例進行說明，本發明同樣適用于其他拉索結構的振動控制。

發明內容

本發明提供了一種橋梁吊桿減振的雙環形強磁體陣列非線性動力吸振器， 該吸振器能減小吊桿在各種激勵作用下的水平動力響應，抑制其振動。

本發明的技術方案：