基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器

摘要

本发明公开了基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，所述阻尼器由变刚度装置和变阻尼装置两部分组成，所述悬臂式组合梁的中部装配有励磁线圈，所述导体导磁板的外侧端固定装配有导体板，本发明将磁流变弹性体变刚度梁和电涡流阻尼装置相结合，组合梁的刚度可通过励磁线圈中通入不同的电流大小来调节，使阻尼器竖向频率与主结构的保持一致。阻尼器阻尼的调节可通过改变电磁铁磁场强度来实现，同时本发明考虑强烈振动时，阻尼器反向共振的振幅不能无限增加，故增设阻尼可调的电涡流阻尼装置来提升耗能能力，从而具有中、小幅振动与强烈振动两种工作模式。

权利要求

1.基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，其特征在于：所述阻尼器由变刚度装置和变阻尼装置两部分组成，所述变刚度装置包括组合梁支座(1)、悬臂式组合梁、励磁线圈(5)、质量块(11)、导体板(9)和导体导磁板(10)，所述组合梁支座(1)的右侧上端装配有悬臂式组合梁，所述悬臂式组合梁的中部装配有励磁线圈(5)，所述励磁线圈(5)内壁装配有线圈骨架，所述悬臂式组合梁的外壁装配有质量块(11)，所述悬臂式组合梁的前后两侧均装配有导体导磁板(10)，所述导体导磁板(10)的外侧端固定装配有导体板(9)；

所述悬臂式组合梁具体包括两个薄壳型纯铁(2)、两个组合梁连接件(3)、磁流变弹性体薄片(4)和组合梁悬臂端构件(6)，所述磁流变弹性体薄片(4)的左右两侧均固定装配有组合梁连接件(3)，所述组合梁连接件(3)的外侧端固定装配有薄壳型纯铁(2)，左侧所述薄壳型纯铁(2)与组合梁支座(1)固定装配，右侧所述薄壳型纯铁(2)的右侧与组合梁悬臂端构件(6)固定装配；

所述变阻尼装置由电磁铁导磁板(7)、电磁铁(8)、导体板(9)和导体导磁板(10)构成，所述电磁铁导磁板(7)的内侧端固定装配有电磁铁(8)，所述电磁铁(8)的内侧端与导体导磁板(10)装配。

2.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，其特征在于：所述悬臂式组合梁的梁宽大于梁厚。

3.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，其特征在于：所述组合梁支座(1)下端装配有主体结构面板，且组合梁支座(1)与悬臂式组合梁固定装配。

4.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，其特征在于：所述磁流变弹性体薄片(4)磁化时的成链方向与梁长方向平行，并与振动方向垂直，可通过改变励磁线圈中的电流大小，改变磁流变弹性体薄片(4)的剪切模量，进而实现变刚度。

5.根据权利要求1所述的基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，其特征在于：所述导体导磁板(10)先在导体导磁板(10)无浅槽一侧与导体板(9)通过螺栓固连，另一侧与组合梁悬臂端构件(6)焊接，质量块(11)通过焊接或螺栓连接固定在组合梁悬臂端构件(6)的上方。

说明书

基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种用于竖向减振的变刚度变阻尼复合阻尼器，属于土木工程减振中的半主动控制领域。

背景技术

[0002] 土木工程结构在地震、风致等因素的作用下，易产生对自身不利，甚至是具有毁坏作用的动力响应。为了有效降低结构振动带来的危害，人们采取结构隔振、引入耗能减振装置(阻尼器)等多种方式进行尝试及应用。其中耗能减振装置因造价低廉、易于设计、便于安装等优点而受到广泛应用，但是传统的被动耗能阻尼器，只对特定类型的振动有较好的抑制效果，如黏弹性阻尼器只对局部振动有明显的减震效果，摩擦阻尼器适用于罕遇地震，而小震、中震效果欠佳，被动调谐质量阻尼器参数固定，只能在其固有频率与主结构固有频率一致时有明显控制效果。故通过使阻尼器参数可调来改善减振的局限性成为了新的研究方向。

[0003] 参数可调型阻尼器只需要少量能源就能通过调节自身参数来减小主结构的动力响应。目前参数可调型阻尼器主要有刚度可调、阻尼可调两大类。常见的刚度可调型阻尼器属于变刚度调谐质量阻尼器，其原理是通过改变阻尼器自身的刚度来追踪主结构的固有频率，可有效增加阻尼器的工作频率带宽，阻尼可调型阻尼器则是通过液体压力差、磁流变液材料提供的剪切力等方式将阻尼器的阻尼调至最优，以实现有效的减振。传统的油、磁流变液阻尼器存在密封性不佳、使用寿命有限等问题削弱了阻尼力的输出，因而无需考虑密封漏液、阻尼材料疲劳损耗的电涡流阻尼器成为了新的发展方向。

[0004] 单独追踪主结构固有频率和单独调控阻尼力的调节方式在实际工程中仍有一定的局限性。当主结构遭受多遇地震等小幅振动时，阻尼器的阻尼所起的作用有限，过大的阻尼反而会抑制调谐质量阻尼器反向共振的减振效果，而当主结构遭受强烈振动时，调谐质量阻尼器反向振动的幅度不能无限制的增加，此时在阻尼器中引入大阻尼元件却能有效增强其减振耗能能力。故能设计出一款兼顾小幅振动和强烈振动的变刚度变阻尼复合阻尼器是非常必要的。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种用于竖向减振的变刚度变阻尼复合阻尼器，以解决上述背景技术中提出的问题。

[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，所述阻尼器由变刚度装置和变阻尼装置两部分组成，所述变刚度装置包括组合梁支座、悬臂式组合梁、励磁线圈、质量块、导体板和导体导磁板，所述组合梁支座的右侧上端装配有悬臂式组合梁，所述悬臂式组合梁的中部装配有励磁线圈，所述励磁线圈内壁装配有线圈骨架，所述悬臂式组合梁的外壁装配有质量块，所述悬臂式组合梁的前后两侧均装配有导体导磁板，所述导体导磁板的外侧端固定装配有导体板；

[0007] 所述悬臂式组合梁具体包括两个薄壳型纯铁、两个组合梁连接件、磁流变弹性体薄片和组合梁悬臂端构件，所述磁流变弹性体薄片的左右两侧均固定装配有组合梁连接件，所述组合梁连接件的外侧端固定装配有薄壳型纯铁，左侧所述薄壳型纯铁与组合梁支座固定装配，右侧所述薄壳型纯铁的右侧与组合梁悬臂端构件固定装配；

[0008] 所述变阻尼装置由电磁铁导磁板、电磁铁、导体板和导体导磁板构成，所述电磁铁导磁板的内侧端固定装配有电磁铁，所述电磁铁的内侧端与导体导磁板装配。

[0009] 优选的，所述悬臂式组合梁的梁宽大于梁厚。

[0010] 优选的，所述组合梁支座下端装配有主体结构面板，且组合梁支座与悬臂式组合梁固定装配。

[0011] 优选的，所述磁流变弹性体薄片磁化时的成链方向与梁长方向平行，并与振动方向垂直，可通过改变励磁线圈中的电流大小，改变磁流变弹性体薄片的剪切模量，进而实现变刚度。

[0012] 优选的，所述导体导磁板先在导体导磁板无浅槽一侧与导体板通过螺栓固连，另一侧与组合梁悬臂端构件焊接，质量块通过焊接或螺栓连接固定在组合梁悬臂端构件的上方。

[0013] 优选的，所述电磁铁导磁板与主体结构面板固定装配，电磁铁的铁芯与电磁铁导磁板焊接，并在铁芯上缠绕线圈骨架和励磁线圈，电磁铁可通过调节电流大小，改变自身的磁场强度，实现阻尼可调。

[0014] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，本发明将磁流变弹性体变刚度梁和电涡流阻尼装置相结合，组合梁的刚度可通过励磁线圈中通入不同的电流大小来调节，使阻尼器竖向频率与主结构的保持一致。阻尼器阻尼的调节可通过改变电磁铁磁场强度来实现，同时本发明考虑强烈振动时，阻尼器反向共振的振幅不能无限增加，故增设阻尼可调的电涡流阻尼装置来提升耗能能力，从而具有中、小幅振动与强烈振动两种工作模式。

附图说明

[0015] 图1为本发明基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器的实施例的结构正视图；

[0016] 图2为本发明实施例的结构侧视图；

[0017] 图3为本发明实施例的结构轴测图；

[0018] 图4为本发明中薄壳型纯铁与组合梁连接件的连接图；

[0019] 图5为为本发明中悬臂式组合梁的磁回路示意图。

[0020] 图中：1-组合梁支座、2-薄壳型纯铁、3-组合梁连接件、4-磁流变弹性体薄片、5-线圈骨架其励磁线圈、6-组合梁悬臂端构件、7-电磁铁导磁板、8-电磁铁、9-导体板、10-导体导磁板、11-质量块。

具体实施方式

[0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0022] 请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，阻尼器由变刚度装置和变阻尼装置两部分组成，变刚度装置包括组合梁支座1、悬臂式组合梁、励磁线圈5、质量块11、导体板9和导体导磁板10，组合梁支座1的右侧上端装配有悬臂式组合梁，悬臂式组合梁的中部装配有励磁线圈5，励磁线圈5内壁装配有线圈骨架，悬臂式组合梁的外壁装配有质量块11，悬臂式组合梁的前后两侧均装配有导体导磁板10，导体导磁板10的外侧端固定装配有导体板9；

[0023] 悬臂式组合梁具体包括两个薄壳型纯铁2、两个组合梁连接件3、磁流变弹性体薄片4和组合梁悬臂端构件6，磁流变弹性体薄片4的左右两侧均固定装配有组合梁连接件3，组合梁连接件3的外侧端固定装配有薄壳型纯铁2，左侧薄壳型纯铁2与组合梁支座1固定装配，右侧薄壳型纯铁2的右侧与组合梁悬臂端构件6固定装配；

[0024] 变阻尼装置由电磁铁导磁板7、电磁铁8、导体板9和导体导磁板10构成，电磁铁导磁板7的内侧端固定装配有电磁铁8，电磁铁8的内侧端与导体导磁板10装配。

[0025] 本发明公开了基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器，主要包含组合梁、组合梁支座1、组合梁线圈骨架其励磁线圈5、质量块11、电磁铁8、导磁板、导体板9等。变刚度装置为内设磁流变弹性体的组合梁，它是一种填充有磁流变弹性体的薄壳悬臂梁，可通过改变填充梁励磁线圈中的电流调整减振器的刚度，变阻尼机构采用电涡流组件，其中电磁铁8和其导磁板固结在主结构上，导体板9和其导磁板固定在夹层梁悬臂端，可通过改变电流调整电磁铁8的磁场强度，进而调控阻尼系数。本发明能够同时调整调谐质量阻尼器的固有频率和阻尼，既可提高阻尼器的工作频率带宽，又能提升其在大振幅下的耗能能力，在土木工程减振的半主动控制领域具有很好的应用前景，为了使阻尼器具有小幅振动和剧烈振动两种工作模式，开发基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器。当小幅振动时，能够通过改变组合梁中励磁线圈的电流大小调节磁流变弹性体的剪切模量，从而实现阻尼器刚度的改变，当强烈振动时，阻尼器在变刚度的同时，导体板9会随相连质量块11的运动而垂直切割电磁铁8产生的磁感线，形成电涡流，此时可通过调节电磁铁8线圈中的电流来调节阻尼器的阻尼，为减振系统提供必要的阻尼以增强耗能能力，磁流变弹性体薄片4磁化时的成链方向与梁长方向及施加在薄壳型纯铁2上的磁场强度方向平行，并与振动方向垂直，从而使磁流变弹性体薄片4处于剪切工作状态，薄壳型纯铁2是可形成磁回路的导磁装置，可使磁场穿过磁流变弹性体薄片4，薄壳型纯铁2的磁导率远大于与薄壳型纯铁2相邻的组合梁连接件3、组合梁悬臂端构件6，能使绝大多数磁通量保留在薄壳型纯铁2内，有效减少磁通量的流失，电磁铁导磁板7、导体导磁板10可采用铁、镉、钴等材料，导体板9的材料可采铝或铜，本发明基于磁流变弹性体和电涡流的变刚度变阻尼复合阻尼器包括变刚度装置和变阻尼装置。变刚度装置由内设磁流变弹性体的组合梁构成，磁流变弹性体处于剪切工作模式，并粘结在磁回路装置中，通过改变磁回路装置上的励磁线圈电流大小来调节磁流变弹性体的磁致剪切模量，因阻尼器刚度会随剪切模量的改变发生变化，故可实现阻尼器的变刚度，变阻尼装置采用电涡流形式，通过改变电磁铁8的磁场强度来实现阻尼系数的调整。

[0026] 具体而言，悬臂式组合梁的梁宽大于梁厚。

[0027] 具体而言，组合梁支座1下端装配有主体结构面板，且组合梁支座1与悬臂式组合梁固定装配。

[0028] 具体而言，磁流变弹性体薄片4磁化时的成链方向与梁长方向平行，并与振动方向垂直，可通过改变励磁线圈中的电流大小，改变磁流变弹性体薄片的剪切模量，进而实现变刚度。

[0029] 具体而言，导体导磁板10先在导体导磁板10无浅槽一侧与导体板9通过螺栓固连，另一侧与组合梁悬臂端构件6焊接，质量块11通过焊接或螺栓连接固定在组合梁悬臂端构件6的上方。

[0030] 具体而言，电磁铁导磁板7与主体结构面板固定装配，电磁铁8的铁芯与电磁铁导磁板7焊接，并在铁芯上缠绕线圈骨架和励磁线圈5，电磁铁8可通过调节电流大小，改变自身的磁场强度，实现阻尼可调。

[0031] 工作原理：本发明在已知质量比、主结构质量和固有频率的条件下，根据传感器反映的主结构振动情况，控制器可计算得到控制信号，通过调节组合梁中励磁线圈的电流和电涡流装置中电磁铁的磁场强度，以实现良好的减振效果。

[0032] 在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0033] 本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

[0034] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。