一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器 |
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| 申请号 | CN202311633258.0 | 申请日 | 2023-11-29 | 公开(公告)号 | CN117628110A | 公开(公告)日 | 2024-03-01 |
| 申请人 | 华中科技大学; | 发明人 | 沈文爱; 龙振滔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于减震装置相关技术领域，其公开了一种具有自适应阻尼与自适应 刚度 的阻尼器，包括上部支座、粘滞阻尼器、多个 导轨 、剪切型无阻尼 橡胶 、惯质组件以及外壁，其中：上部支座设于外壁的一端；粘滞阻尼器、剪切型无阻尼橡胶以及惯质组件设于外壁内部，其中，粘滞阻尼器一端与上部支座连接，另一端与剪切型无阻尼橡胶连接，剪切型无阻尼橡胶的外壁与外壁固定连接，惯质组件设于外壁内部的另一端；外壁外侧设有限位孔，多个导轨贯穿限位孔，且导轨的一端与上部支座连接，另一端与惯质组件连接。本 申请 可以实现等效刚度和等效阻尼系数能随着 频率 的变化而变化，具有自适应特性。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器，其特征在于，包括上部支座(1)、粘滞阻尼器(2)、多个导轨(3)、剪切型无阻尼橡胶(4)、惯质组件(5)以及外壁(6)，其中： |
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| 说明书全文 | 一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器技术领域[0001] 本发明属于减震装置相关技术领域，更具体地，涉及一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器。 背景技术[0002] 目前结构的振动控制方法一般有被动和半主动控制方法，然而对于结构的多模态控制而言，常规的被动控制往往无法满足要求，而半主动控制和主动控制则主要受限于其能量要求以及庞大的体积，以拉索的振动控制为例，随着斜拉桥跨径的增大，斜拉索也越来越长，许多拉索已经超过了600米，此时的常规被动控制方法由于阻尼系数固定以及安装位置的限制，因此难以对超长索较宽振动模态范围内均提供有效的控制。而在拉索控制中，半主动控制相比于被动控制虽然具有更好的控制效果，然而其需要外部供能，因而需求较高的蓄能设备，这对其在桥梁上的应用场景有一定的限制。 发明内容[0003] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器，可以实现等效刚度和等效阻尼系数能随着频率的变化而变化，具有自适应特性，显著扩大了对结构振动模态的控制范围。 [0004] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器，包括上部支座、粘滞阻尼器、多个导轨、剪切型无阻尼橡胶、惯质组件以及外壁，其中：所述上部支座设于外壁的一端；所述粘滞阻尼器、剪切型无阻尼橡胶以及惯质组件设于所述外壁内部，其中，所述粘滞阻尼器一端与所述上部支座连接，另一端与所述剪切型无阻尼橡胶连接，所述剪切型无阻尼橡胶的外壁与所述外壁固定连接，所述惯质组件设于所述外壁的另一端；所述外壁外侧设有限位孔，多个所述导轨贯穿所述限位孔，且所述导轨的一端与所述上部支座连接，另一端与所述惯质组件连接。 [0006] 优选的，所述齿轮、齿条和导轨数量相同且一一对应，所述飞轮数量为一个。 [0007] 优选的，还包括下部支座，所述下部支座与所述外壁固定连接，所述飞轮与所述下部支座可拆卸连接。 [0009] 优选的，多个所述导轨均匀分布于所述外壁外部。 [0010] 优选的，每个导轨穿过至少两个限位孔。 [0011] 优选的，所述粘滞阻尼器与所述剪切型无阻尼橡胶的中部连接。 [0012] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器主要具有以下有益效果： [0013] 1.本申请将具有自适应阻尼的粘滞阻尼器和具有自适应刚度的剪切型无阻尼橡胶联合使用，可以实现等效刚度和等效阻尼随着振动频率的改变而改变，因此具有自适应特性，显著提高了模态的控制范围，同时粘滞阻尼器和剪切型无阻尼橡胶串联后与惯质组件并联，粘滞阻尼器与剪切型橡胶串联，使得其等效阻尼随着频率的增大而减小，但同时它们的等效刚度却是在不断增大的，因此引入并联的惯质组件，利用其等效负刚度特性有效控制了整体的等效刚度。 [0014] 2.本申请的惯质组件包括齿条、齿轮和飞轮，相较于传统的滚珠丝杠结构，本发明采用了齿条结构，能大大降低不必要的摩擦力，避免阻尼器在小幅度振动下出现‘锁定’现象，提高了阻尼器的控制性能以及耐用性。 [0015] 3.采用剪切型无阻尼橡胶作为刚度元件，既能大幅提高刚度元件的刚度系数，也能降低阻尼器的整体造价，从而提高本发明的经济性，扩大在工程中的应用范围。 [0017] 图1是具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器局部剖视图； [0018] 图2是具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器的半剖视图； [0019] 图3是本申请阻尼器的工作原理示意图； [0020] 图4是本申请阻尼器的等效阻尼的示意图； [0021] 图5是本申请阻尼器的等效刚度的示意图。 [0022] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中： [0023] 1‑上部支座；2‑粘滞阻尼器；3‑导轨；4‑剪切型无阻尼橡胶；5‑惯质组件；6‑外壁；7‑下部支座；51‑齿条；52‑齿轮；53‑飞轮。 具体实施方式[0024] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。 [0025] 本发明提供的一种具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器，包括上部支座1、粘滞阻尼器2、多个导轨3、剪切型无阻尼橡胶4、惯质组件5以及外壁6。 [0026] 上部支座1设于外壁6的一端，如图1和图2所示，上部支座1设于外壁6的上端，上部支座1用于与外部结构连接。 [0027] 所述粘滞阻尼器2、剪切型无阻尼橡胶4以及惯质组件5设于所述外壁6内部。粘滞阻尼器2一端与所述上部支座1连接，另一端与所述剪切型无阻尼橡胶4连接，所述剪切型无阻尼橡胶4的外壁与所述外壁6固定连接。粘滞阻尼器2与所述剪切型无阻尼橡胶4的中部连接，粘滞阻尼器与橡胶两者串联构成所谓的Maxwell单元(如图3所示)。所述剪切型无阻尼橡胶4中部上下移动时，两侧和中部产生相对位移从而提供剪切刚度，本质上是一个刚度元件。所述剪切型无阻尼橡胶4能提供比传统的弹簧元件更大的刚度，且造价更低。 [0028] 所述惯质组件5设于所述外壁6的另一端，例如图1中，惯质组件设于外壁6的下端。 [0029] 在进一步优选的方案中，所述惯质组件5包括齿条51、齿轮52和飞轮53，所述导轨3与所述齿条51连接，且两者平行，所述齿轮52与所述飞轮53和齿条51啮合。 [0030] 在进一步优选的方案中，所述齿轮52、齿条51和导轨3数量相同且一一对应，所述飞轮53数量为一个。 [0031] 在进一步优选的方案中，所述阻尼器还包括下部支座7，所述下部支座7与所述外壁6固定连接，所述飞轮53与所述下部支座7可拆卸连接。 [0032] 在进一步优选的方案中，所述飞轮53包括配重盘、主轴和齿轮，所述配重盘与所述主轴可拆卸连接，所述套设于所述主轴，且与所述主轴固定连接。 [0033] 所述外壁6外侧设有限位孔，多个所述导轨3贯穿所述限位孔，且所述导轨3的一端与所述上部支座1连接，另一端与所述惯质组件5连接。通过外壁6上的限位孔和导轨可以限制上部支座1的移动，防止其发生侧向滑移或扭转，同时，上部支座的位移通过导轨传递给内部的齿条，让其上下移动。所述外壁6对应位置开有竖向条形开孔，这样布设在外部的导轨和内部的齿条51跨过开孔连接，且能竖向移动。所述齿条51上下移动时带动齿轮旋转，从而带动水平放置的飞轮53旋转，从而产生质量效应。所述齿条51、齿轮52和飞轮53共同组成惯质体系，其惯质系数由飞轮53转动惯量、齿轮52和飞轮53齿比以及齿条51和齿轮52齿比共同决定。 [0034] 上部支座1安装在被控结构上，当被控结构产生振动位移时，上部支座1相对于外壁产生位移，其在导轨3的约束下上下移动，而导轨3由于其上端固定在上部支座1上，因此当上部支座1上下移动时带动导轨3上下移动，导轨3的下端与齿条51相连，因此带动了齿条51上下移动，而齿条51与齿轮52啮合，齿轮52与水平放置的飞轮53啮合，因此齿条51的上下移动带动了飞轮53旋转，从而产生质量效应，为整个阻尼器提供一个等效质量；同时，上部支座移动时，由于粘滞阻尼器顶部固定在上部支座上，因此其顶端产生位移，而粘滞阻尼器下端与剪切型无阻尼橡胶相连，因此在力的传导下使得橡胶中部也产生位移；图4给出了本申请阻尼器的等效阻尼的示意图，图5给出本申请阻尼器的等效刚度的示意图。 [0035] 本发明的有益效果是：相较于现有被动控制阻尼器，本发明提供的具有自适应阻尼与自适应刚度的阻尼器等效刚度和等效阻尼随着振动频率的改变而改变，因此具有自适应特性，从而能对较宽广的模态范围进行控制；对于惯质单元，相较于传统的滚珠丝杠结构，本发明采用了齿条结构，能大大降低不必要的摩擦力，避免阻尼器在小幅度振动下出现‘锁定’现象，提高了阻尼器的控制性能以及耐用性；对于Maxwell单元，采用剪切型无阻尼橡胶代替传统的弹簧刚度元件，既能大幅提高刚度元件的刚度系数，也能降低阻尼器的整体造价，从而提高本发明的经济性，扩大在工程中的应用范围。 |
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