[發(fā)明專利]一種三維耦合碰撞軌道型非線性消振裝置

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• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111720482A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黎文科;楊鐵軍;李新輝;吳牧云
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: F16F15/02
• 分類號: F16F15/02;F16F15/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明的目的在于提供一種三維耦合碰撞軌道型非線性消振裝置，包括上層軌道結(jié)構(gòu)、下層軌道結(jié)構(gòu)、碰撞頂板、碰撞體，上層軌道結(jié)構(gòu)位于下層軌道結(jié)構(gòu)之上，碰撞頂板同時連接上層軌道結(jié)構(gòu)和下層軌道結(jié)構(gòu)，上層軌道結(jié)構(gòu)、下層軌道結(jié)構(gòu)以及碰撞頂板構(gòu)成封閉空間，碰撞體位于封閉空間里，下層軌道結(jié)構(gòu)上設(shè)置連接待減振結(jié)構(gòu)的螺栓孔。本發(fā)明通過結(jié)合碰撞與特定軌道約束，實現(xiàn)振動在三維空間內(nèi)耦合并在特定方向快速耗散的獨特性能。本發(fā)明用球形碰撞體的碰撞實現(xiàn)對系統(tǒng)中能量的迅速耗散，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)、可靠性高、成本低、能量耗散效率高、振動控制效果好等顯著優(yōu)點，具有良好的工程應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種結(jié)構(gòu)工程振動控制裝置，具體地說是被動消振裝置。

背景技術(shù)

在沖擊、爆破等極端載荷作用下，結(jié)構(gòu)常常因強烈的沖擊而發(fā)生破壞。抑制結(jié)構(gòu)振動和沖擊響應(yīng)一直是各國學者研究的熱點。對于工程中常見的結(jié)構(gòu)，如建筑結(jié)構(gòu)、船舶結(jié)構(gòu)、航空航天結(jié)構(gòu)等，通常存在不同方向抵抗振動沖擊性能不一致的情形，比如樓房結(jié)構(gòu)通常在水平方向更容易發(fā)生破壞而在豎直方向具有很高的抗沖擊強度。實現(xiàn)將結(jié)構(gòu)容易發(fā)生破壞方向的振動轉(zhuǎn)移至結(jié)構(gòu)強度較高方向的振動將有效地保護結(jié)構(gòu)免受破壞，提高結(jié)構(gòu)的安全性。在實際中，結(jié)構(gòu)所受的沖擊可能來自各個方向：對于建筑結(jié)構(gòu)，地震、風載等可能來自多個方向；對于船舶結(jié)構(gòu)，海浪沖擊，爆炸以及撞擊等可能從各個方向?qū)Υ鞍踩\行造成威脅；對于航天飛機，氣流的強度、擾動方向等都具有很強的不確定性。因此，通過合理設(shè)計減振設(shè)備，使其具有控制多個方向的振動和沖擊響應(yīng)的性能具有重要的工程意義。

隨著人們對非線性現(xiàn)象研究的不斷深入，非線性結(jié)構(gòu)具有區(qū)別于線性結(jié)構(gòu)明顯的特征和諸多優(yōu)點，逐漸被學者引入到結(jié)構(gòu)振動控制裝置的設(shè)計之中。由于碰撞發(fā)生時會產(chǎn)生很強的非線性回復力，碰撞本身能夠迅速耗散能量，常常被引入到消振裝置的設(shè)計之中。運動塊之間的沖擊力可以迅速改變振動系統(tǒng)的動量。通過質(zhì)量塊與初級結(jié)構(gòu)的質(zhì)量之間的動量交換，可以減輕初級結(jié)構(gòu)的共振，這是根據(jù)力的效應(yīng)說明碰撞減振的工作原理。質(zhì)量塊與初級結(jié)構(gòu)之間通常是非完全彈性碰撞，會消耗主振動系統(tǒng)的動能，這是從能量角度說明碰撞減振的工作原理。二者是同一力學過程在力和能量兩個層面的不同反映。對于利用碰撞動力學原理設(shè)計出的消振裝置，通常具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)，維護保養(yǎng)成本低，結(jié)構(gòu)響應(yīng)控制效果好等優(yōu)點，是一類很有前途的被動減振裝置。

公開號為CN105239692B的專利提出了一種非線性軌道式顆粒阻尼器，該發(fā)明利用阻尼器質(zhì)量體自身的振動以及腔體內(nèi)顆粒的摩擦碰撞等方式進行耗能，且將阻尼腔體單元外置。然而該裝置利用腔體內(nèi)顆粒的摩擦碰撞等方式實現(xiàn)能量耗散，并不是利用阻尼器質(zhì)量體自身與待減振結(jié)構(gòu)之間的碰撞進行能量耗散。同時，該發(fā)明專利的設(shè)計僅以控制某一方向的振動為目的，并未考慮多個方向的振動控制應(yīng)用情景。

公開號為CN208219893U的專利提出了非線性質(zhì)量阻尼器，該發(fā)明利用附加質(zhì)量沿軌道運動時，其在曲線軌道上起伏所產(chǎn)生的作用力在水平方向的分力為軌道所提供的回復力，表現(xiàn)為軌道上附加質(zhì)量的自振頻率是變化的，以實現(xiàn)非線性質(zhì)量阻尼器消振效果。同樣的，該發(fā)明專利僅針對單方向控制結(jié)構(gòu)振動，并未針對多方向耦合振動進行設(shè)計。并且為防止附加質(zhì)量在相對于軌道運動時從軌道端部脫出，該發(fā)明提及可在軌道兩端設(shè)置限制，而未考慮利用碰撞動力學原理將能量耗散。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供實現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)多個方向振動的一種三維耦合碰撞軌道型非線性消振裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明一種三維耦合碰撞軌道型非線性消振裝置，其特征是：包括上層軌道結(jié)構(gòu)、下層軌道結(jié)構(gòu)、碰撞頂板、碰撞體，上層軌道結(jié)構(gòu)位于下層軌道結(jié)構(gòu)之上，碰撞頂板同時連接上層軌道結(jié)構(gòu)和下層軌道結(jié)構(gòu)，上層軌道結(jié)構(gòu)、下層軌道結(jié)構(gòu)以及碰撞頂板構(gòu)成封閉空間，碰撞體位于封閉空間里，下層軌道結(jié)構(gòu)上設(shè)置連接待減振結(jié)構(gòu)的螺栓孔。

本發(fā)明還可以包括：