專利名稱：變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主要用于高層建筑或大跨橋梁、海洋平臺等多頻結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。
背景技術(shù)：
調(diào)諧質(zhì)量阻尼器是最常用的控制裝置，其機(jī)理是應(yīng)用環(huán)境荷載對結(jié)構(gòu)物以及放置在結(jié)構(gòu)物上減振裝置的雙調(diào)諧原理，吸收部分振動(dòng)能量，達(dá)到減振的效果。提高調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振效果和減振效率的關(guān)鍵是確定最佳的調(diào)諧頻率和阻尼比。常規(guī)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器振動(dòng)控制時(shí)，由于其調(diào)諧頻率、阻尼比固定不變，則在外部激勵(lì)、結(jié)構(gòu)主振模態(tài)及固有動(dòng)力特性變化時(shí)容易失調(diào)，即使采用多重調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，大多數(shù)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器同樣沒有達(dá)到最佳減振條件，不能充分發(fā)揮調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，提供一種減振效果好、減振效率高的變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的的該變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，主要用于高層建筑或大跨橋梁、海洋平臺等多頻結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)控制，它包括一個(gè)質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的上方垂直方向設(shè)有用于平衡質(zhì)量塊重力的豎向彈簧，豎向彈簧上端固定，下端與質(zhì)量塊連接；質(zhì)量塊的下方垂直方向和水平橫向分別設(shè)有一個(gè)磁流變阻尼器，磁流變阻尼器的一端固定，另一端與質(zhì)量塊連接；質(zhì)量塊的水平縱向設(shè)有一個(gè)懸臂彈簧，懸臂彈簧的一端與質(zhì)量塊連接，另一端與一個(gè)行走機(jī)構(gòu)連接；所述行走機(jī)構(gòu)與懸臂彈簧保持正交，其兩端安裝在與懸臂彈簧縱向伸縮方向平行的兩側(cè)剛性導(dǎo)軌上，行走機(jī)構(gòu)的一側(cè)末端連接有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，并由其驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)沿縱向移動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸臂彈簧的長度；所述磁流變阻尼器和步進(jìn)電機(jī)與被控結(jié)構(gòu)物的實(shí)時(shí)監(jiān)測控制系統(tǒng)相連，通過控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)時(shí)改變懸臂彈簧的長度而改變調(diào)諧頻率，通過調(diào)節(jié)磁流變阻尼器的電流實(shí)時(shí)改變阻尼比。更具體地說，實(shí)際投入使用時(shí)，根據(jù)具體需要可以選用質(zhì)量塊的材料，如水箱，并根據(jù)減振結(jié)構(gòu)不同選用合適的質(zhì)量值來調(diào)節(jié)阻尼器的固有頻率。本發(fā)明利用步進(jìn)電機(jī)改變懸臂彈簧的長度，改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的調(diào)諧頻率；通過調(diào)節(jié)磁流變阻尼器的電流改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的阻尼比，實(shí)現(xiàn)剛度與阻尼連續(xù)可變并適用于豎向及橫向振動(dòng)控制，具有減振頻帶寬，自適應(yīng)調(diào)節(jié)方便和快速的特點(diǎn)。綜上所述，本發(fā)明的變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與現(xiàn)有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器相比， 因加入了磁流變液阻尼器裝置和步進(jìn)電機(jī)，具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明的變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器工作原理清晰，減振效果好，減振效率高。(2)利用了磁流變阻尼器阻尼大小智能可調(diào)的特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)電流大小，來提供阻尼力的大小，方便地代替了傳統(tǒng)的粘性阻尼器，在工程應(yīng)用上易于實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制其特性， 最終使結(jié)構(gòu)減振達(dá)到最優(yōu)效果。
(3)變剛度裝置采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走結(jié)構(gòu)改變懸臂彈簧長度來改變調(diào)諧頻率， 具有響應(yīng)快、精度高的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例實(shí)時(shí)監(jiān)測控制系統(tǒng)的半主動(dòng)控制流程框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。參見圖1，本實(shí)施例包括質(zhì)量塊6，質(zhì)量塊6的材料采用水箱，質(zhì)量塊6的上方垂直方向設(shè)有用于平衡質(zhì)量塊重力的豎向彈簧5，豎向彈簧5上端固定，下端與質(zhì)量塊6連接。 若是將本發(fā)明的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝于大跨橋梁的箱形主梁中，質(zhì)量塊6上方懸掛的豎向彈簧5可直接錨于箱梁上頂板底面。由圖可見，質(zhì)量塊6的下方垂直方向和水平橫向分別設(shè)有一個(gè)磁流變阻尼器7，磁流變阻尼器7的一端固定，另一端與質(zhì)量塊6連接。在質(zhì)量塊 6的水平縱向設(shè)有一個(gè)懸臂彈簧4，懸臂彈簧4的一端與質(zhì)量塊6連接，另一端與行走機(jī)構(gòu)2 連接。行走機(jī)構(gòu)2與懸臂彈簧4保持正交，其兩端安裝在與懸臂彈簧4縱向伸縮方向平行的兩側(cè)剛性導(dǎo)軌1上，行走機(jī)構(gòu)2的一側(cè)末端連接有步進(jìn)電機(jī)3，并由步進(jìn)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)2沿縱向移動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸臂彈簧4的長度。質(zhì)量塊6的振動(dòng)，將引起磁流變阻尼器7 相對運(yùn)動(dòng)，達(dá)到耗能減振的目的，有效抑制了豎向及橫向振動(dòng)。通過步進(jìn)電機(jī)3運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸臂彈簧4的長度，以及改變所述磁流變阻尼器7的電流，實(shí)現(xiàn)剛度與阻尼連續(xù)可變，方便快捷。上述磁流變阻尼器7和步進(jìn)電機(jī)3與被控結(jié)構(gòu)物的實(shí)時(shí)監(jiān)測控制系統(tǒng)相連，通過控制步進(jìn)電機(jī)3實(shí)時(shí)改變懸臂彈簧4的長度而改變調(diào)諧頻率，通過調(diào)節(jié)磁流變阻尼器7的電流實(shí)時(shí)改變阻尼比。參見圖2，是本實(shí)施例實(shí)時(shí)監(jiān)測控制系統(tǒng)的半主動(dòng)控制流程框圖。其工作原理是 當(dāng)結(jié)構(gòu)物受到干擾運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)本發(fā)明的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器一起振動(dòng)，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器相對運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力反作用到結(jié)構(gòu)物上。使結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)能量最大限度地轉(zhuǎn)移到調(diào)諧質(zhì)量阻尼器上，并由磁流變阻尼器的阻尼作用加以耗散，從而減小結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)反應(yīng)。當(dāng)外部激勵(lì)、結(jié)構(gòu)物的固有動(dòng)力特性發(fā)生變化時(shí)，傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測的主結(jié)構(gòu)振動(dòng)和調(diào)諧質(zhì)量阻尼器響應(yīng)特征，然后進(jìn)行頻譜分析，根據(jù)半主動(dòng)控制算法，計(jì)算出最優(yōu)剛度參數(shù)和阻尼參數(shù)，依據(jù)控制編碼器，通過步進(jìn)電機(jī)實(shí)時(shí)改變懸臂彈簧的長度，從而改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的調(diào)諧頻率；通過調(diào)節(jié)磁流變阻尼器的電流實(shí)時(shí)改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的阻尼比，提高了減振效率， 保持了最佳減振效果。
權(quán)利要求
1.一種變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，主要用于高層建筑或大跨橋梁、海洋平臺等多頻結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)控制，其特征在于它包括一個(gè)質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的上方垂直方向設(shè)有用于平衡質(zhì)量塊重力的豎向彈簧，豎向彈簧上端固定，下端與質(zhì)量塊連接；質(zhì)量塊的下方垂直方向和水平橫向分別設(shè)有一個(gè)磁流變阻尼器，磁流變阻尼器的一端固定，另一端與質(zhì)量塊連接； 質(zhì)量塊的水平縱向設(shè)有一個(gè)懸臂彈簧，懸臂彈簧的一端與質(zhì)量塊連接，另一端與一個(gè)行走機(jī)構(gòu)連接；所述行走機(jī)構(gòu)與懸臂彈簧保持正交，其兩端安裝在與懸臂彈簧縱向伸縮方向平行的兩側(cè)剛性導(dǎo)軌上，行走機(jī)構(gòu)的一側(cè)末端連接有一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，并由其驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)沿縱向移動(dòng)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)懸臂彈簧的長度；所述磁流變阻尼器和步進(jìn)電機(jī)與被控結(jié)構(gòu)物的實(shí)時(shí)監(jiān)測控制系統(tǒng)相連，通過控制步進(jìn)電機(jī)實(shí)時(shí)改變懸臂彈簧的長度而改變調(diào)諧頻率，通過調(diào)節(jié)磁流變阻尼器的電流實(shí)時(shí)改變阻尼比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于所述質(zhì)量塊采用水箱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種主要用于高層建筑或大跨橋梁、海洋平臺等多頻結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的變剛度變阻尼調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。本發(fā)明包括質(zhì)量塊，質(zhì)量塊的上方垂直方向連接豎向彈簧，在其水平橫向和垂直豎向分別安裝有磁流變阻尼器；懸臂彈簧水平縱向放置，一端與質(zhì)量塊連接，另一端連接行走機(jī)構(gòu)。行走機(jī)構(gòu)兩端放置在剛性導(dǎo)軌上，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)使行走機(jī)構(gòu)縱向移動(dòng)。懸臂彈簧的長度由步進(jìn)電機(jī)的移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而調(diào)節(jié)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的調(diào)諧頻率；通過調(diào)節(jié)磁流變阻尼器的電流改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的阻尼比，實(shí)現(xiàn)剛度與阻尼連續(xù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)豎向及橫向振動(dòng)控制。本發(fā)明工作原理清晰，在工程應(yīng)用上易于實(shí)現(xiàn)半主動(dòng)控制特性，減振效果好，具有響應(yīng)快、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E01D19/00GK102345333SQ20111032424
公開日2012年2月8日 申請日期2011年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月23日
發(fā)明者姚響宇, 孫洪鑫, 王修勇 申請人:湖南科技大學(xué)