[發(fā)明專(zhuān)利]一種慣容系數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)慣容器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210059868.3
• 申請(qǐng)日: 2022-01-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114351886B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳林;粟銳泉;劉紀(jì)新;孫利民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): E04B1/98
• 分類(lèi)號(hào): E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 上?？剖⒅R(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔡彭君

本發(fā)明涉及一種慣容系數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)慣容器，包括螺桿、支撐塊、內(nèi)筒柱，以及一個(gè)或多個(gè)外筒柱；內(nèi)筒柱套設(shè)于支撐塊外側(cè)，并與支撐塊之間填充有滾珠，外筒柱套設(shè)于內(nèi)筒柱的外側(cè)，且至少一個(gè)方向的側(cè)面通過(guò)滾珠支撐于支撐塊上；螺桿穿過(guò)內(nèi)筒柱和支撐座，并與內(nèi)筒柱嚙合，內(nèi)筒柱和外筒柱之間設(shè)有摩擦片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明內(nèi)筒柱和外筒柱之間通過(guò)摩擦片支撐，從而利用靜摩擦和滑動(dòng)摩擦機(jī)理，實(shí)現(xiàn)慣容系數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種慣容系數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)慣容器。

背景技術(shù)

慣容器是一種利用慣性力的裝置。慣容器產(chǎn)生的抵抗力的符號(hào)與其兩端的相對(duì)加速度符號(hào)相反，抵抗力大小與兩端相對(duì)加速度的大小成正比，該比例系數(shù)即為慣容系數(shù)。利用平動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換、齒輪等裝置的放大效果，慣容器的慣容系數(shù)能達(dá)到制作慣容器運(yùn)動(dòng)組件質(zhì)量的成百上千倍。慣性力與回復(fù)力的方向相反，具有“負(fù)剛度”的效果，可以削弱結(jié)構(gòu)安裝慣容器位置的局部剛度，因而與阻尼器結(jié)合能夠增大阻尼器的行程顯著提升耗能效果。進(jìn)一步，慣容器、阻尼器和彈簧等組合，能夠提升吸能及耗能效率。慣容器最早在機(jī)械領(lǐng)域內(nèi)得到應(yīng)用，近年來(lái)推廣應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)。

隨著土木結(jié)構(gòu)朝著高聳、大跨和輕質(zhì)方向的發(fā)展，結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度小、自身耗能性能差，在風(fēng)、人群、車(chē)輛以及地震激勵(lì)下易出現(xiàn)大幅度、多模態(tài)振動(dòng)，威脅結(jié)構(gòu)的安全性和使用性。因而，亟需采用阻尼器等減振耗能裝置提升結(jié)構(gòu)多階振動(dòng)的模態(tài)阻尼。然而，高聳、大跨結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，一般在頂部或跨中振動(dòng)幅值最大，然而這些位置沒(méi)有支撐條件用于安裝阻尼器；阻尼器等減振裝置一般安裝在結(jié)構(gòu)根部或者端部，或者用于連接發(fā)生相對(duì)變形的相鄰位置，因而阻尼器在結(jié)構(gòu)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)發(fā)生的變形相對(duì)較小，提供的阻尼亦較小。基于此，近年來(lái)的研究采用慣容器增大安裝阻尼器位置的結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值，進(jìn)而提升阻尼器耗能，取得了較好的效果。

慣容器本身是一種被動(dòng)裝置，制作完成后其慣容系數(shù)一般為常數(shù)。那么慣容器的抵抗力與其兩端相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幅度和頻率的平方成正比。即，當(dāng)慣容器兩端相對(duì)運(yùn)動(dòng)的幅值不變，而頻率增加時(shí)，慣性力幅值急劇增大，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的振動(dòng)無(wú)法驅(qū)動(dòng)慣容器，結(jié)構(gòu)在慣容器安裝位置反而被鎖定，此時(shí)慣容器不僅不能提升阻尼器的耗能作用，反而會(huì)導(dǎo)致阻尼器失效。因此，慣容系數(shù)固定的慣容器不能滿(mǎn)足土木結(jié)構(gòu)寬頻段多模態(tài)振動(dòng)控制的需求。

現(xiàn)有技術(shù)采用一些手段，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)慣容系數(shù)的可調(diào)節(jié)性。主要采用半主動(dòng)方法，例如將慣容器的運(yùn)動(dòng)組件分為兩個(gè)或多個(gè)部分，通過(guò)電、磁原理控制各部分之間的接合或脫離，增大或減小慣容系數(shù)；亦有利用齒輪箱通過(guò)換擋調(diào)節(jié)放大系數(shù)，達(dá)到慣容系數(shù)調(diào)節(jié)的目的。被動(dòng)調(diào)節(jié)慣容系數(shù)的方法，主要是利用離心力改變質(zhì)量的分布來(lái)調(diào)節(jié)慣容系數(shù)。半主動(dòng)調(diào)節(jié)方法需要穩(wěn)定的電源供給、同時(shí)需要對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行觀測(cè)反饋，成本高、工作條件要求和維護(hù)要求高，在土木結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域應(yīng)用較為困難；利用離心力的被動(dòng)調(diào)節(jié)方法，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)頻率增大時(shí)，慣容器的慣容系數(shù)會(huì)增大，對(duì)多模態(tài)振動(dòng)控制不利。

結(jié)構(gòu)多模態(tài)振動(dòng)控制提出了慣容器的慣容系數(shù)可調(diào)節(jié)的需求，而現(xiàn)有實(shí)現(xiàn)慣容系數(shù)可調(diào)節(jié)性技術(shù)存在上述問(wèn)題，尚缺乏適應(yīng)于結(jié)構(gòu)多模態(tài)振動(dòng)控制的慣容系數(shù)被動(dòng)自適應(yīng)的慣容器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了提供一種慣容系數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)慣容器，內(nèi)筒柱和外筒柱之間通過(guò)摩擦片支撐，從而利用靜摩擦和滑動(dòng)摩擦機(jī)理，實(shí)現(xiàn)慣容系數(shù)的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種慣容系數(shù)自適應(yīng)調(diào)節(jié)慣容器，包括螺桿、支撐塊、內(nèi)筒柱，以及一個(gè)或多個(gè)可選配的外筒柱；

所述內(nèi)筒柱套設(shè)于所述支撐塊外側(cè)，并與支撐塊之間填充有滾珠，所述外筒柱套設(shè)于內(nèi)筒柱的外側(cè)，且至少一個(gè)方向的側(cè)面通過(guò)滾珠支撐于支撐塊上；

所述螺桿穿過(guò)內(nèi)筒柱和支撐座，并與內(nèi)筒柱嚙合，所述內(nèi)筒柱和外筒柱之間設(shè)有摩擦片。

所述外筒柱的側(cè)壁上設(shè)有螺栓，所述螺栓自外向內(nèi)穿過(guò)外筒柱的側(cè)壁后支撐所述摩擦片。