半主動控制碰撞阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種半主動控制碰撞阻尼器，包括阻尼器固定面板、嵌板、附加質(zhì)量塊運動軌道、碰撞擋件、碰撞擋件控制器和附加質(zhì)量塊。阻尼器固定面板平行設置，每對阻尼器固定面板內(nèi)設置一個附加質(zhì)量塊，該質(zhì)量塊可在阻尼器固定面板提供的軌道內(nèi)做低阻尼運動。嵌板安裝在阻尼器固定面板內(nèi)側(cè)，在嵌板上固定碰撞擋件，該碰撞擋件使附加質(zhì)量塊沿阻尼器固定面板的長軸方向做單方向運動。碰撞擋件控制器控制碰撞擋件的伸出與收縮，觸發(fā)碰撞擋件與附加質(zhì)量塊上的凸出件的碰撞。碰撞擋件與附加質(zhì)量塊通過動量交換產(chǎn)生與基本結(jié)構(gòu)運動方向相反的控制力，引起系統(tǒng)機械能的快速耗散，具有良好的減振效果。
【專利說明】半主動控制碰撞阻尼器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半主動控制碰撞阻尼器，在一對或多對面板內(nèi)設置附加質(zhì)量塊，通過碰撞擋件控制器控制碰撞擋件與附加質(zhì)量塊凸出件的碰撞來達到減振的目的，屬于土木結(jié)構(gòu)(包括高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)等）振動控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]沖擊阻尼器是現(xiàn)階段應用較為廣泛的附加質(zhì)量式振動控制裝置，然而，被動式?jīng)_擊阻尼器的減振頻帶窄，往往只能對某一段特定的頻率產(chǎn)生較好的減振效果，對于偏離該頻率的振動區(qū)域控制效果不佳。而主動控制沖擊阻尼器雖然能大幅提高減振性能，然后其不能夠以比較經(jīng)濟的方式規(guī)劃能量的使用，從而使其使用范圍大大受限。因此，將被動控制沖擊阻尼器與主動控制沖擊阻尼器結(jié)合起來，使其優(yōu)勢互補，并進行改進開發(fā)，形成了一種耗能能力好、價格低廉、減振頻帶寬的新型半主動控制沖擊(碰撞）阻尼器。
[0003]該半主動減振控制技術(shù)可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的響應和(或）外激勵的反饋信息，實時調(diào)整控制裝置的相關(guān)參數(shù)，有效減少結(jié)構(gòu)振動響應；而且構(gòu)造簡單，幾乎不需要基本結(jié)構(gòu)的信息，所需能量小，工作穩(wěn)定，減振頻帶寬，適用于各種線性和非線性基本結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決傳統(tǒng)沖擊阻尼器調(diào)諧頻帶窄、設置耗能阻尼器價格昂貴、耗能能力有限的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種半主動控制碰撞阻尼器，該裝置結(jié)合被動控制沖擊阻尼器與主動控制沖擊阻尼器各自優(yōu)點，并加以改進，即引入一個聯(lián)動的中控系統(tǒng)，通過一種交替出現(xiàn)的脈沖控制方法，在適當?shù)臅r候主動輸入很少的外部能量，使基本結(jié)構(gòu)和附加質(zhì)量塊之間發(fā)生動量交換， 產(chǎn)生與基本結(jié)構(gòu)運動方向相反的力，來達到減振的目的。本阻尼器碰撞耗能能力好、調(diào)諧能力強，水平方向上多維控制效果好、構(gòu)造簡單、輸入能量少。在風或/和地震等的作用下，一對或多對阻尼器固定面板內(nèi)的附加質(zhì)量塊可以隨基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生與基本結(jié)構(gòu)運動方向相反的運動。在適當?shù)臅r候，通過碰撞擋件控制器控制碰撞擋件與附加質(zhì)量塊凸出件的碰撞，一方面通過動量交換產(chǎn)生與基本結(jié)構(gòu)運動方向相反的控制力，以有效減少結(jié)構(gòu)的振動；另一方面，通過碰撞擋件與附加質(zhì)量塊凸出件的非彈性碰撞，使基本結(jié)構(gòu)的機械能快速耗散。綜合以上兩種減振機制，該半主動控制碰撞阻尼器可以達到良好的減振效果。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案。
[0006]本發(fā)明的一種半主動控制碰撞阻尼器，包括：阻尼器固定面板I、嵌板2、附加質(zhì)量塊運動軌道3、碰撞擋件4、碰撞擋件控制器5、附加質(zhì)量塊6和附加質(zhì)量塊凸出件7，附加質(zhì)量塊凸出件7固定于附加質(zhì)量塊6上，阻尼器固定面板I成對平行布置，數(shù)量為一對或多對，若為多對，可在不同方向設置；每對阻尼器固定面板I在其長邊中間內(nèi)側(cè)設置一條附加質(zhì)量塊運動軌道3，該附加質(zhì)量塊運動軌道3與阻尼器固定面板I底邊平行；附加質(zhì)量塊6能在附加質(zhì)量塊運動軌道3運動；附加質(zhì)量塊運動軌道3兩側(cè)平行于附加質(zhì)量塊運動軌道3的方向設置嵌板2 ;四組碰撞擋件4分別安裝在嵌板2上；位于附加質(zhì)量塊運動軌道3兩側(cè)相對應的兩組碰撞擋件4的布置方向相反，使附加質(zhì)量塊6沿阻尼器固定面板I做單向運動；碰撞擋件4連接碰撞擋件控制器5連接碰撞擋件4，用以控制碰撞擋件4，使碰撞擋件4能在適當?shù)臅r候伸出和收縮；在風或/和地震等作用下，在水平方向上，通過碰撞擋件控制器5脈沖式地控制碰撞擋件4的伸出，引發(fā)碰撞擋件4與附加質(zhì)量塊凸出件7之間的劇烈碰撞。
[0007]本發(fā)明中，每組碰撞擋件4有12~24個。
[0008]本發(fā)明中，碰撞擋件4和附加質(zhì)量塊凸出件7宜用恢復系數(shù)大于0. 6的材料，如硬鋼，且碰撞擋件須能被磁鐵吸引。
[0009]本發(fā)明中，碰撞擋件4安裝在嵌板2上，數(shù)量為4組，每組有12~24個。每組碰撞擋件4的數(shù)量應根據(jù)實際需要設置。
[0010]本發(fā)明中，碰撞擋件控制器，通過監(jiān)測基本結(jié)構(gòu)的位移零點以及附加質(zhì)量塊與基本結(jié)構(gòu)的相對運動方向，觸發(fā)碰撞擋件的伸出，以形成碰撞，產(chǎn)生控制力。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：
I)本發(fā)明中引入聯(lián)動控制系統(tǒng)，通過碰撞擋件控制器控制碰撞擋件的伸出與收縮，可以在基本結(jié)構(gòu)的位移為零，且附加質(zhì)量塊與基本結(jié)構(gòu)的運動方向相反時伸出，從而觸發(fā)碰撞擋件與附加質(zhì)量塊上的凸出件的碰撞，產(chǎn)生與基本結(jié)構(gòu)運動方向相反的控制力，減小基本結(jié)構(gòu)的振動，以達到理想的減振效果。
[0012]2)本發(fā)明所需的外界輸入能量極少，且減振效果遠遠好于被動式控制裝置，可以與主動控制裝置相媲美。
[0013]3)本發(fā)明構(gòu)造形式簡單，阻尼器固定面板與基本結(jié)構(gòu)固結(jié)，能保證系統(tǒng)穩(wěn)定，同時，還降低了設置傳統(tǒng)阻尼器的造價，從而具有很好的實用性和經(jīng)濟性。
[0014]4)本發(fā)明幾乎不需要基本結(jié)構(gòu)的信息，可以適用于線性和非線性的基本結(jié)構(gòu)，只需監(jiān)測基本結(jié)構(gòu)與附加質(zhì)量塊的相對位移，且控制優(yōu)化算法簡單，時滯小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖I為本發(fā)明的半主動控制碰撞阻尼器裝置的俯視圖；
圖2為本發(fā)明的碰撞擋件在阻尼器固定面板上的布置情況示意圖；
圖3為本發(fā)明的碰撞擋件與附加質(zhì)量塊凸出件的布置關(guān)系示意圖；
圖中標號：1為阻尼器固定面板，2為嵌板，3為附加質(zhì)量塊運動軌道，4為碰撞擋件，5為碰撞擋件控制器，6為附加質(zhì)量塊，7為附加質(zhì)量塊凸出件。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，進一步闡明本發(fā)明，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0017]實施例I :如圖I和圖2所示，本發(fā)明為半主動控制碰撞阻尼器，其主要包括阻尼器固定面板I、嵌板2、附加質(zhì)量塊運動軌道3、碰撞擋件4、碰撞擋件控制器5、附加質(zhì)量塊6和附加質(zhì)量塊凸出件7。其中附加質(zhì)量塊凸出件7為附加質(zhì)量塊6的一部分。阻尼器固定面板I成對平行布置，數(shù)量為一對或多對，若為多對，可在不同方向設置；每對阻尼器固定面板1在其長邊中間內(nèi)側(cè)設置一條附加質(zhì)量塊運動軌道3，該軌道與阻尼器固定面板I的底邊平行；在附加質(zhì)量塊運動軌道3兩邊平行于附加質(zhì)量塊運動軌道3的方向設置嵌板2 ；四組碰撞擋件4安裝在嵌板2上，附加質(zhì)量塊運動軌道3兩側(cè)的碰撞擋件4的布置方向相反，從而可以保證附加質(zhì)量塊6沿阻尼器固定面板I做單向運動；此外，碰撞擋件4由碰撞擋件控制器5控制，在適當?shù)臅r候伸出和收縮。在風或/和地震等作用下，該裝置能夠在水平方向上，通過碰撞擋件控制器5脈沖式地控制碰撞擋件4的伸出，引發(fā)碰撞擋件4與附加質(zhì)量塊凸出件7之間的劇烈碰撞。該碰撞力遠大于附加質(zhì)量塊6本身的質(zhì)量、作用時間極短、數(shù)值很大，且與基本結(jié)構(gòu)的運動方向相反，可以有效抑制基本結(jié)構(gòu)的振動；同時，在碰撞過程中也使基本結(jié)構(gòu)機械能快速耗散，從而達到良好的減振效果。碰撞擋件4安裝在嵌板2上，數(shù)量為4組，每組有12~24個。
[0018]阻尼器固定面板I的作用是固定嵌板并為附加質(zhì)量塊的運動提供軌道，因此，阻尼器固定面板的材料只要滿足這兩種條件可以任意選定，使用的材料要保證不易發(fā)生變形。阻尼器固定面板的尺寸與間距要結(jié)合具體情況來確定。在阻尼器固定面板內(nèi)側(cè)中間，沿平行于阻尼器面板長邊的方向設置附加質(zhì)量塊運動軌道，要求運動軌道光滑，且不易變形，以保證附加質(zhì)量塊沿軌道做低阻尼運動。沿軌道兩邊平行于軌道方向各布置一個嵌板，每對阻尼器共需固定四個嵌板，每個嵌板內(nèi)布置一組碰撞擋件，碰撞擋件的尺寸可以根據(jù)具體的條件做相應的調(diào)整，碰撞擋件在阻尼器固定面板上的布置情況如圖2所示。附加質(zhì)量塊的形狀可以根據(jù)實際情況進行調(diào)整，但是需要保證附加質(zhì)量塊可以沿著阻尼器固定面板提供的軌道進行低阻尼運動，同時附加質(zhì)量塊上應布置與碰撞擋件發(fā)生碰撞的若干個凸出件。碰撞擋件與附加質(zhì)量塊凸出件的布置關(guān)系如圖3所示。附加質(zhì)量塊凸出件與碰撞擋件宜用恢復系數(shù)大于O. 6的材料，如硬鋼，且碰撞擋件須能被磁鐵吸引。
[0019]本裝置具體實施過程如下：將阻尼器安裝在基本結(jié)構(gòu)上，當基本結(jié)構(gòu)受到風或/和地震作用時，基本結(jié)構(gòu)發(fā)生振動，附加質(zhì)量塊隨著基本結(jié)構(gòu)沿軌道運動，兩者運動方向相反；碰撞擋件控制器可以監(jiān)測結(jié)構(gòu)的位移和速度，使碰撞擋件在基本結(jié)構(gòu)的位移為零，且附加質(zhì)量塊與基本結(jié)構(gòu)的運動方向相反時伸出，從而脈沖式地觸發(fā)碰撞擋件與附加質(zhì)量塊上的凸出件的碰撞。在碰撞擋件伸出的瞬間，碰撞擋件與附加質(zhì)量塊凸出件發(fā)生非彈性碰撞，使附加質(zhì)量塊相對于基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生反向的控制力。碰撞發(fā)生后，碰撞擋件控制器可以控制碰撞擋件收縮到原來的位置，使附加質(zhì)量塊可以繼續(xù)在相反方向做低阻尼的運動。該半主動控制碰撞阻尼器，一方面通過動量交換產(chǎn)生與基本結(jié)構(gòu)運動方向相反的控制力，以有效減少結(jié)構(gòu)的振動；另一方面，通過碰撞擋件與附加質(zhì)量塊凸出件的非彈性碰撞，使基本結(jié)構(gòu)的機械能快速耗散，以進一步增強減振效率。
【權(quán)利要求】
1.一種半主動控制碰撞阻尼器，包括阻尼器固定面板（I)、嵌板（2)、附加質(zhì)量塊運動軌道（3 )、碰撞擋件（4)、碰撞擋件控制器（5 )、附加質(zhì)量塊（6 )和附加質(zhì)量塊凸出件（7 )，附加質(zhì)量塊凸出件（7)固定于附加質(zhì)量塊（6);其特征在于：阻尼器固定面板（I)成對平行布置，數(shù)量為一對或多對，若為多對，可在不同方向設置；每對阻尼器固定面板（I)在其長邊中間內(nèi)側(cè)設置一條附加質(zhì)量塊運動軌道（3)，該附加質(zhì)量塊運動軌道（3)與阻尼器固定面板（I)底邊平行；附加質(zhì)量塊（6)能在附加質(zhì)量塊運動軌道（3)運動；附加質(zhì)量塊運動軌道(3)兩側(cè)平行于附加質(zhì)量塊運動軌道（3)的方向設置嵌板（2);四組碰撞擋件（4)分別安裝在嵌板（2)上；位于附加質(zhì)量塊運動軌道（3)兩側(cè)相對應的兩組碰撞擋件（4)的布置方向相反，使附加質(zhì)量塊（6)沿阻尼器固定面板（I)做單向運動；碰撞擋件（4)連接碰撞擋件控制器（5 )連接碰撞擋件（4 )，用以控制碰撞擋件（4 )，使碰撞擋件（4 )能在適當?shù)臅r候伸出和收縮；在風或/和地震等作用下，在水平方向上，通過碰撞擋件控制器（5)脈沖式地控制碰撞擋件（4)的伸出，引發(fā)碰撞擋件（4)與附加質(zhì)量塊凸出件（7)之間的劇烈碰撞。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半主動控制碰撞阻尼器，其特征在于：碰撞擋件（4)和附加質(zhì)量塊凸出件（7)采用恢復系數(shù)大于0. 6的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半主動控制碰撞阻尼器，其特征在于：每組碰撞擋件（4)有12~24個。
【文檔編號】E04B1/98GK103485438SQ201310461903
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】魯正, 王佃超, 呂西林 申請人:同濟大學