本發(fā)明涉及一種慣性電渦流調(diào)諧阻尼裝置，屬于土木工程結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

消能減振技術(shù)，是在結(jié)構(gòu)上附加消能減振裝置，附加減振裝置和結(jié)構(gòu)本身共同承擔(dān)地震和風(fēng)振等作用，通過附加減振裝置的耗能作用從而減小結(jié)構(gòu)本身的動力響應(yīng)，保證了結(jié)構(gòu)的安全性、舒適性和正常使用性等功能要求。國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對消能減振技術(shù)進(jìn)行了大量研究,其中質(zhì)量調(diào)諧裝置通常附加在建筑結(jié)構(gòu)主體上，并設(shè)置質(zhì)量塊、調(diào)諧彈簧以及阻尼裝置。質(zhì)量調(diào)諧裝置，通過設(shè)定裝置頻率在目標(biāo)減振頻率區(qū)域之間，利用在外部振動激勵作用下質(zhì)量塊的反向運(yùn)動提供一個足以抵消外力的反作用力，從而起到控制結(jié)構(gòu)振動的目的，而裝置內(nèi)設(shè)的阻尼裝置則用于耗散振動能量，控制質(zhì)量塊的振動幅度。電渦流的耗能原理逐漸運(yùn)用到阻尼器的設(shè)計當(dāng)中。電磁阻尼力，是導(dǎo)體在磁場中切割磁力線時，導(dǎo)體中將產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流受到的安培力總是阻礙導(dǎo)體的運(yùn)動，進(jìn)而提供電磁阻尼，但一般耗能效率較低。

在現(xiàn)有的傳統(tǒng)質(zhì)量調(diào)諧阻尼裝置設(shè)計中，為了滿足結(jié)構(gòu)在豎向振動作用下的減振目標(biāo)，質(zhì)量塊設(shè)置體積大，安裝難度大(這是目前建筑結(jié)構(gòu)在豎向振動控制中普遍存在的問題)，不便于調(diào)整阻尼裝置的調(diào)諧頻率，設(shè)置在結(jié)構(gòu)上不僅增加結(jié)構(gòu)荷載更有安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于以上不足，研制一種慣性電渦流調(diào)諧阻尼裝置，從而有效地降低質(zhì)量調(diào)諧阻尼裝置中質(zhì)量塊的重量，高效地耗散振動能量具有極強(qiáng)的工程現(xiàn)實價值。

本發(fā)明出于降低質(zhì)量調(diào)諧阻尼裝置質(zhì)量塊質(zhì)量的目的，將傳統(tǒng)質(zhì)量調(diào)諧阻尼裝置中的阻尼單元代替為根據(jù)兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元模型提出的加速度型電渦流惰性阻尼裝置。兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元的提出目的在于區(qū)分慣性質(zhì)量單元與現(xiàn)有質(zhì)量單元的不同。不同于既有質(zhì)量單元模型，兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元模型在單元內(nèi)部可以發(fā)生相對位移，其慣性力根據(jù)牛頓力學(xué)第二定律可表述為F＝m(a2-a1)。

本發(fā)明設(shè)計模型：彈簧單元與加速度型電渦流單元并聯(lián)，該并聯(lián)整體與質(zhì)量單元串聯(lián)。這樣一種耗能減震模型，在有效耗能的同時有效的降低了質(zhì)量單元的質(zhì)量。

為此，本發(fā)明需要保護(hù)的技術(shù)方案表征為：

一種慣性電渦流調(diào)諧阻尼裝置，其特征在于，包括質(zhì)量塊(1)、豎向彈簧(2)、加速度型電渦流惰性阻尼器(3)、連接結(jié)構(gòu)(4)，

彈簧(2)與加速度型電渦流惰性阻尼器(3)并聯(lián)地設(shè)置在連接結(jié)構(gòu)(4)與質(zhì)量塊(1)之間；彈簧(2)起到質(zhì)量調(diào)諧的作用；

所述加速度型電渦流惰性阻尼器3，包括連接板5，滾珠螺桿6，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量7，外筒卡槽8，外筒9，滾珠10，旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11，線圈12，環(huán)形永磁體13、旋轉(zhuǎn)螺母14、旋轉(zhuǎn)軸承15和連接螺栓16；

旋轉(zhuǎn)螺母14外側(cè)固定布置一定數(shù)量和形式的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量7，旋轉(zhuǎn)螺母14與旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11通過焊接連接為整體，三者構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體，共同旋轉(zhuǎn)；

旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11外側(cè)環(huán)向布置若干線圈12，兩者能同步旋轉(zhuǎn)，線圈12的位置與外筒9內(nèi)側(cè)永磁體13位置對應(yīng)，所述永磁體13固定在外筒9內(nèi)側(cè)；

外筒9固定于下部的連接機(jī)構(gòu)4上；

旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11通過外筒卡槽8限定其在外筒9內(nèi)的位置，防止旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11在外筒9內(nèi)沿滾珠螺桿6軸向的運(yùn)動；

所述旋轉(zhuǎn)體與外筒9兩者之間的接觸處都設(shè)有滾動輔助裝置，以減少接觸摩擦且協(xié)同位于底部的旋轉(zhuǎn)軸承15優(yōu)化滿足旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；旋轉(zhuǎn)軸承15的底端固定在外筒9內(nèi)；

滾珠螺桿6通過外螺紋約束在旋轉(zhuǎn)螺母14上，滿足軸向運(yùn)動；

上部的連接板5和滾珠螺桿6焊接，連接板5通過連接螺栓16與位于最頂部的質(zhì)量塊1連接固定，外筒9底部通過焊接等各種固定形式與連接結(jié)構(gòu)4連接。

每個滾動輔助裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計為:在內(nèi)外筒接觸處設(shè)有閉合的環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，閉合的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置滾珠10。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：

1、本發(fā)明在豎向地震、人致激勵、行車激勵等豎向作用下，彈簧壓縮伸長，質(zhì)量塊通過對連接結(jié)構(gòu)提供反向作用力在豎向?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量調(diào)諧減震。

2、加速度型電渦流惰性阻尼器通過兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元吸收能量，相較于傳統(tǒng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，有效降低了質(zhì)量塊所需質(zhì)量；通過電渦流阻尼單元消耗能量，有效控制質(zhì)量塊振動幅度。

3、本發(fā)明整體裝置是由質(zhì)量單元(質(zhì)量塊1)、彈簧單元和加速度型電渦流惰性單元組成，質(zhì)量單元和彈簧單元共同實現(xiàn)調(diào)諧減震，加速度型電渦流惰性單元自身在質(zhì)量增效、減輕質(zhì)量塊1的質(zhì)量的前提下高效耗散振動能量。這種耗能機(jī)制可以更有效保護(hù)結(jié)構(gòu)在豎向振動作用下的安全，在有效降低質(zhì)量塊1質(zhì)量的前提下，高效地消耗地震、行車和人致激勵等振動能量，耗能性能優(yōu)良。

4、本發(fā)明利用豎向彈簧2實現(xiàn)質(zhì)量調(diào)諧減震，豎向彈簧2的剛度可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求設(shè)定；利用電磁渦流產(chǎn)生阻尼，其電磁阻尼力可調(diào)的。根據(jù)結(jié)構(gòu)抗震需要，通過調(diào)節(jié)線圈圈數(shù)和環(huán)形磁體磁力的大小，可以方便設(shè)定電磁阻尼力，有效降低結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體示意圖；

圖2為圖1中加速度型電渦流阻尼器的正視圖。

圖中標(biāo)號：1質(zhì)量塊、2豎向彈簧、3加速度型電渦流惰性阻尼器、4連接結(jié)構(gòu)，5連接板，6滾珠螺桿，7旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，8外筒卡槽，9外筒，10滾珠，11旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒，12線圈，13環(huán)形永磁體，14旋轉(zhuǎn)螺母，15旋轉(zhuǎn)軸承、16連接螺母。

具體實施方式

本發(fā)明涉及一種用于房屋、橋梁、大跨度空間結(jié)構(gòu)等工程結(jié)構(gòu)的阻尼裝置，該裝置包括質(zhì)量塊，至少一個與該質(zhì)量塊連接的豎向彈簧以及至少一個與質(zhì)量塊連接的加速度型電渦流惰性阻尼器。其中，彈簧與加速度型電渦流惰性阻尼器并聯(lián)地設(shè)置在主體結(jié)構(gòu)與質(zhì)量塊之間。在豎向地震、人致激勵、行車激勵等豎向作用下，彈簧壓縮伸長，質(zhì)量塊通過對連接結(jié)構(gòu)提供反向作用力在豎向?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量調(diào)諧減震。加速度型電渦流惰性阻尼器通過兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元吸收能量，相較于傳統(tǒng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，有效降低了質(zhì)量塊所需質(zhì)量；通過電渦流阻尼單元消耗能量，有效控制質(zhì)量塊振動幅度。本發(fā)明由質(zhì)量單元、彈簧單元和加速度型電渦流惰性單元組成，質(zhì)量單元和彈簧單元共同實現(xiàn)調(diào)諧減震，加速度型電渦流惰性單元在質(zhì)量增效、減輕質(zhì)量塊質(zhì)量的前提下高效耗散振動能量。這種耗能機(jī)制可以更有效保護(hù)結(jié)構(gòu)在豎向振動作用下的安全，在有效降低質(zhì)量塊質(zhì)量的前提下，高效地消耗地震、行車和人致激勵等振動能量，耗能性能優(yōu)良。

下面結(jié)合附圖和實施例作進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

實施例1

如圖1-2所示，一種慣性電渦流調(diào)諧阻尼裝置，該裝置包括質(zhì)量塊(1)、豎向彈簧(2)、加速度型電渦流惰性阻尼器(3)、連接結(jié)構(gòu)(4)，

彈簧(2)與加速度型電渦流惰性阻尼器(3)并聯(lián)地設(shè)置在連接結(jié)構(gòu)(4)與質(zhì)量塊(1)之間；彈簧(2)起到質(zhì)量調(diào)諧的作用。

如圖2所示：本實施例中提供一種加速度型電渦流惰性阻尼器3，包括連接板5，滾珠螺桿6，旋轉(zhuǎn)質(zhì)量7，外筒卡槽8，外筒9，滾珠10，旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11，線圈12，環(huán)形永磁體13、旋轉(zhuǎn)螺母14、旋轉(zhuǎn)軸承15和連接螺栓16。

旋轉(zhuǎn)螺母14外側(cè)固定布置一定數(shù)量和形式的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量7，旋轉(zhuǎn)螺母14與旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11通過焊接連接為整體，三者構(gòu)成旋轉(zhuǎn)體，共同旋轉(zhuǎn)。

旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11外側(cè)環(huán)向布置若干線圈12，兩者能同步旋轉(zhuǎn)，線圈12的位置與外筒9內(nèi)側(cè)永磁體13位置對應(yīng)，所述永磁體13固定在外筒9內(nèi)側(cè)，外筒9固定于下部的連接機(jī)構(gòu)4上。

旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11通過外筒卡槽8限定其在外筒9內(nèi)的位置，防止旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒11在外筒9內(nèi)沿滾珠螺桿6軸向的運(yùn)動。

所述旋轉(zhuǎn)體與固定的外筒9之間的接觸處都設(shè)有滾動輔助裝置，以減少接觸摩擦且協(xié)同位于底部的旋轉(zhuǎn)軸承15優(yōu)化滿足旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。

每個滾動輔助裝置，結(jié)構(gòu)設(shè)計為:在內(nèi)外筒接觸處設(shè)有閉合的環(huán)形槽結(jié)構(gòu)，閉合的環(huán)形槽內(nèi)設(shè)置滾珠10。

旋轉(zhuǎn)軸承15的底端固定在外筒9內(nèi)。

滾珠螺桿6通過外螺紋約束在旋轉(zhuǎn)螺母14上，滿足軸向運(yùn)動。

上部的連接板5和滾珠螺桿6焊接，連接板5通過連接螺栓16與位于最頂部的質(zhì)量塊1連接固定，外筒9底部通過焊接等各種固定形式與連接結(jié)構(gòu)4連接。

當(dāng)外部存在豎向激勵時，該裝置的工作狀態(tài)為：整個阻尼器裝置在滾珠螺桿(6)豎直軸方向存在的線性運(yùn)動，即滾珠螺桿(6)的線性運(yùn)動在旋轉(zhuǎn)螺母(14)和滾珠螺桿(6)外螺紋作用下可轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒(11)的環(huán)向運(yùn)動。而內(nèi)筒(11)外側(cè)環(huán)向纏繞布置有若干線圈(12)，隨同內(nèi)筒(11)做環(huán)向運(yùn)動；環(huán)形永磁體13隨外筒(9)相對靜止，如此，線圈隨內(nèi)筒(11)的環(huán)向運(yùn)動將轉(zhuǎn)化為磁場中的切割磁力線運(yùn)動，從而產(chǎn)生渦流電流和電磁阻尼力。本發(fā)明加速度型電渦流惰性阻尼器3，是由旋轉(zhuǎn)單元、附加質(zhì)量7單元和電渦流單元組成，內(nèi)筒作為旋轉(zhuǎn)單元，附加質(zhì)量7的存在使得質(zhì)量增效效果顯著。本發(fā)明阻尼器充分利用兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元吸能，通過增效機(jī)制將實際的小質(zhì)量增效為等效表觀質(zhì)量，分擔(dān)更多的外部輸入結(jié)構(gòu)的能量，同時通過電渦流阻尼機(jī)制耗能。這種增效機(jī)制可以更有效保護(hù)結(jié)構(gòu)安全，消耗豎向激勵等振動能量，耗能性能優(yōu)良。

本發(fā)明中的加速度型電渦流惰性阻尼器3，其原理來源于本發(fā)明提出“兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元”的概念，可設(shè)計應(yīng)用于建筑、橋梁等工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。本發(fā)明的“兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元”不同于既有的質(zhì)量單元。既有質(zhì)量單元模型可視為剛體，只存在剛體位移，不發(fā)生單元內(nèi)部相對位移，且慣性力可根據(jù)牛頓力學(xué)第二定律可表述為F＝ma；兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元在單元內(nèi)允許發(fā)生相對位移，且受到約束，單元外力可表示為質(zhì)量與兩節(jié)點(diǎn)加速度的矢量差的乘積，即F＝m(a2-a1)。兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元的提出主要為了區(qū)別慣性質(zhì)量兩節(jié)點(diǎn)單元模型與現(xiàn)有剛體質(zhì)量單元模型的不同，依據(jù)兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元設(shè)計出本發(fā)明的加速度型電渦流惰性阻尼器3。本發(fā)明技術(shù)方案中質(zhì)量塊1質(zhì)量與其所連接主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量，兩者的質(zhì)量比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的質(zhì)量比值。

加速度型電渦流惰性阻尼器3的阻尼比可根據(jù)設(shè)計需要選定；加速度型電渦流惰性阻尼器3的阻尼比、質(zhì)量放大比例和電渦流的耗能能力可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求方便設(shè)定。加速度型電渦流惰性阻尼器3，其質(zhì)量增效方式可依據(jù)兩節(jié)點(diǎn)質(zhì)量單元模型的原理，結(jié)合主體結(jié)構(gòu)的設(shè)置條件方便設(shè)計。