專利名稱：一種沖擊阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種固定構(gòu)筑物的減報(bào)器，具體地說是一種抑制輕型管柱式構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)水平振動的沖擊式阻尼器。
安置于主振動結(jié)構(gòu)上的沖擊式阻尼器，一般由與主振動結(jié)構(gòu)相聯(lián)的空腔及空腔中的沖擊質(zhì)量塊組成，且沖擊質(zhì)量塊與空腔保持合適的間隙。當(dāng)主振動結(jié)構(gòu)振動時，通過動量轉(zhuǎn)換，使得沖擊質(zhì)量塊獲得能量，并反方向(針對主振動結(jié)構(gòu)振動而言)沖擊空腔壁，從而耗散能量，達(dá)到抑制主振動結(jié)構(gòu)振動的目的。沖擊式阻尼器屬非完全彈性體沖擊耗能的形式，其耗損能量可用兩個作反向運(yùn)動物體沖擊時的耗損能量來解釋，即當(dāng)兩物體作反向運(yùn)動而發(fā)生沖擊時，損耗能量E與兩物體沖擊時的恢復(fù)系數(shù)α、主振動結(jié)構(gòu)質(zhì)量m和沖擊質(zhì)量m1及沖擊速度v和v1有關(guān)，E可表示為E=1-a2(m×m1m+m1)(v+v1)2]]>明顯地，通過降低恢復(fù)系數(shù)α或增加沖擊質(zhì)量m1兩種途徑均能增加振動系統(tǒng)的耗能量，提高抑振效果。現(xiàn)有技術(shù)中，與本實(shí)用新型相近的沖擊式阻尼器主要應(yīng)用于機(jī)械結(jié)構(gòu)中，如鏜桿、機(jī)床基座等，其典型結(jié)構(gòu)是由與主振動結(jié)構(gòu)相聯(lián)的空腔和空腔中的球體沖擊質(zhì)量塊組成，參見《阻尼技術(shù)的工程應(yīng)用》(戴德沛主編清華大學(xué)出版社91版)第112—121頁，這種沖擊式阻尼器主要依靠采用較大的沖擊質(zhì)量(沖擊質(zhì)量塊與主振動結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比一般在10％以上)來提高吸振效果，發(fā)揮較好的抑振作用。但若應(yīng)用于建筑工程的弱阻尼輕型管柱式結(jié)構(gòu)，采用沖擊質(zhì)量過大(沖擊質(zhì)量塊與主振動結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比大于10％)的沖擊式阻尼器，將使管柱式結(jié)構(gòu)的動力特性產(chǎn)生較大的變化，從而嚴(yán)重影響沖擊式阻尼器的抑振效果。
本實(shí)用新型的目的在于克服將上述沖擊式阻尼器應(yīng)用于弱阻尼輕型管柱式結(jié)構(gòu)時存在的缺陷，提供一種能在選用較小的沖擊質(zhì)量條件下，極大降低沖擊恢復(fù)系數(shù)，從而引起較大能量耗散，在多個方向上均具有較好抑振及降噪效果的沖擊式阻尼器。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的根據(jù)管柱式構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的內(nèi)腔尺寸，設(shè)計(jì)一個與其內(nèi)腔緊密配合的圓筒形容器，作為沖擊式阻尼器的沖擊室，緊貼圓筒形容器內(nèi)腔設(shè)置了一個高阻尼橡膠圈作為附加阻尼層，用來降低恢復(fù)系數(shù)α，增加能量的耗散；阻尼橡膠圈內(nèi)置活動鋼球作為沖擊質(zhì)量塊(沖擊質(zhì)量塊與主振動結(jié)構(gòu)的的質(zhì)量比控制在5％以下)，并通過試驗(yàn)確定阻尼橡膠圈與活動鋼球的合適間隙。當(dāng)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動時，固定于構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)的沖擊式阻尼器的圓筒形容器也同時產(chǎn)生振動，并使阻尼橡膠圈內(nèi)壁與活動鋼球產(chǎn)生反復(fù)沖擊碰撞。在這種反復(fù)沖擊的交變應(yīng)力下，阻尼橡膠圈就有較大耗散能量的效應(yīng)。而本實(shí)用新型為了充分利用高阻尼橡膠的阻尼特性，以獲得最佳抑制振動效果，采用了外齒形阻尼橡膠圈，使其在反復(fù)沖擊的交變應(yīng)力下，產(chǎn)生更大的彎曲變形和齒根處的剪切變形，這種變形使阻尼橡膠高分子之間產(chǎn)生滑移和內(nèi)摩擦，因此產(chǎn)生更大的耗散能量效應(yīng)，從而將構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)傳來的振動能量轉(zhuǎn)換成阻尼橡膠圈的熱能，達(dá)到最佳抑制振動、降低噪聲的效果。
上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，針對弱阻尼輕型管柱式構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)不允許用較大附加沖擊質(zhì)量的特點(diǎn)。通過設(shè)置阻尼橡膠圈降低恢復(fù)系數(shù)，產(chǎn)生橡膠變形吸能，探索出一條在采用較小沖擊質(zhì)量條件下，有效地增大振動能量耗散的新途徑。將該沖擊阻尼器安置于構(gòu)筑物最大振幅處，可使結(jié)構(gòu)低階模態(tài)的有效阻尼增大12—23倍，達(dá)到了最佳抑制振動和降低噪聲效果。


圖1是本實(shí)用新型的一種沖擊式阻尼器的構(gòu)造示意圖；圖2是
圖1的A向視圖；圖3是
圖1加上封蓋后的C向視圖；圖4是
圖1的軸測圖；圖5是未設(shè)置沖擊式阻尼器時某輕型管柱式結(jié)構(gòu)物振動自由衰減時的時間歷程曲線；圖6是設(shè)置了與現(xiàn)有技術(shù)相似的加薄阻尼橡膠圈，且沖擊質(zhì)量與主振動結(jié)構(gòu)質(zhì)量之比為7.5％的沖擊式阻尼器后，某輕型管柱式結(jié)構(gòu)物振動自由衰減的時間歷程曲線；圖7是設(shè)置
圖1所示沖擊式阻尼器后，某輕型管柱式結(jié)構(gòu)物振動自由衰減的時間歷程曲線，沖擊質(zhì)量塊與主振動結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比為4.20％；圖8是本實(shí)用新型的一種沖擊式阻尼器在某輕型管柱式結(jié)構(gòu)中的安置示意圖。
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳述。
某鐵路橋用照明燈柱，由高3m，外徑Ф60mm及內(nèi)徑Ф53mm的標(biāo)準(zhǔn)無縫鋼管制成。因其自重輕，結(jié)構(gòu)阻尼弱，在行車及風(fēng)等外界激勵下，燈柱產(chǎn)生大幅振動，大大降低了燈柱的疲勞壽命及照明具的使用壽命，考慮到燈柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定采用沖擊式阻尼器進(jìn)行抑振處理。由于沖擊阻尼系統(tǒng)的非線性，其運(yùn)動規(guī)律相當(dāng)復(fù)雜，至今在理論上未能確定出求解最佳參數(shù)的解析式。因此活動鋼球與阻尼橡膠圈間合適間隙的選擇完全由足尺實(shí)物的模型試驗(yàn)確定。其試驗(yàn)過程為將實(shí)物燈柱及照明具模擬實(shí)橋的連接方式，安裝在室內(nèi)預(yù)制基座上，把B&K8001阻抗頭固定于燈柱與燈照具連接處(該處振動響應(yīng)最大)，以測取燈柱的加速度信號，經(jīng)B&K2626調(diào)制放大器調(diào)制放大后輸入到HP3562動態(tài)信號分析儀進(jìn)行分析；試驗(yàn)采用初位移釋放法，即在燈柱頂端給燈柱一個初位移，然后釋放，記錄燈柱振動衰減曲線，從該曲線直接測取燈柱振動的頻率值及對數(shù)衰減率；試驗(yàn)測得燈柱結(jié)構(gòu)自振頻率f＝3.69Hz，對數(shù)衰減率為δ＝0.005，按燈柱內(nèi)徑確定沖擊式阻尼器圓筒形容器的外徑為Ф53mm，容器內(nèi)徑為Ф52mm，如圖8所示將其固接于燈柱內(nèi)，先用單個標(biāo)準(zhǔn)活動鋼球進(jìn)行試驗(yàn)，通過試用不同直徑的活動鋼球，確定合適間隙；因活動鋼球直接與圓筒內(nèi)壁沖擊時，其噪聲很大，于是在內(nèi)壁附加一層2mm的阻尼橡膠墊層，從Ф20mm活動鋼球開始，將其置于圓筒形容器空腔內(nèi)給燈柱相同的初位移釋放，測取燈柱自由衰減時的對數(shù)衰減率δ；鋼球直徑每次增加1mm，重復(fù)上述試驗(yàn)測試過程，并比較對數(shù)衰減率δ，以最大對數(shù)衰減率δmax所對應(yīng)的活動鋼球與橡膠墊層間的空隙為最佳間隙，這時確定活動鋼球直徑為Ф40mm，其間隙為Δ＝52mm－40mm－2×2mm＝8mm，隨后在圓筒形容器內(nèi)增加2mm厚鋼墊片，以增加沖擊室及活動鋼球個數(shù)，提高沖擊質(zhì)量比；當(dāng)采用3個Ф40mm鋼球時，總質(zhì)量比μ＝7.50％，燈柱自由衰減曲線如圖6所示，其對數(shù)衰減率δ＝0.046，結(jié)構(gòu)阻尼增大9.2倍；改用
圖1所示沖擊式阻尼器，改用一個厚4mm齒高3mm的對稱外齒形阻尼橡膠圈作為附加阻尼層，同樣地，從Ф20mm活動鋼球開始試驗(yàn)，將單個活動鋼球置于沖擊阻尼橡膠圈內(nèi)，活動鋼球直徑每次增加1mm，逐次測取燈柱自由衰減時的對數(shù)衰減率δ，并比較，以最大對數(shù)衰減率δmax所對應(yīng)的活動鋼球與外齒形橡膠阻尼圈間間隙為最佳間隙，最后確定活動鋼球直徑為Ф30mm，其間隙為Δ＝52mm－30mm－2×7mm＝6mm。隨后，在圓筒形容器內(nèi)增加2mm厚鋼墊片，以增加沖擊質(zhì)量比；如圖4當(dāng)采用4個Ф30mm活動鋼球時，總質(zhì)量比μ＝4.20％，燈柱自由衰減曲線如圖7所示，其對數(shù)衰減率δ＝0.119，結(jié)構(gòu)阻尼增大23.8倍。通過上述試驗(yàn)，如
圖1，圖2，圖3所示，即已確定本實(shí)施例中沖擊式阻尼器的圓筒形容器1的外徑為Ф53mm，內(nèi)徑為Ф52mm，外齒形阻尼橡膠圈2的厚度為4mm，齒高為3mm，活動鋼球3的直徑為Ф30mm，阻尼橡膠圈2與活動鋼球3之間的間隙為6mm，墊片4的開孔6和封蓋5的開孔7均為燈柱電線穿過孔。當(dāng)燈柱產(chǎn)生振動時，使得固接于燈柱結(jié)構(gòu)上的沖擊式阻尼器的圓筒形容器1和外齒形阻尼橡膠圈2一同振動，并使活動鋼球3反復(fù)沖擊碰撞外齒形阻尼橡膠圈2，由于上述試驗(yàn)所確定的各構(gòu)件尺寸，保證了活動鋼球3的沖擊正好與燈柱振動方向相反，致使外齒形阻尼橡膠圈2受到反復(fù)沖擊的交變應(yīng)力產(chǎn)生更大的彎曲變形和齒根處的剪切變形，從而使橡膠高分子之間產(chǎn)生內(nèi)摩擦，極大降低了碰撞恢復(fù)系數(shù)，進(jìn)一步耗散振動能量，達(dá)到最佳抑制振動的效果，同時亦有效地降低沖擊噪聲。經(jīng)實(shí)際測試，燈柱安裝本實(shí)施例所述沖擊式阻尼器后，其低階彎曲模態(tài)的有效阻尼增大20倍。
權(quán)利要求1.一種沖擊式阻尼器，主要由圓筒形容器和活動鋼球構(gòu)成，其特征是在圓筒形容器內(nèi)設(shè)置有高阻尼橡膠圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的沖擊式阻尼器，其特征在于高阻尼橡膠圈采用外齒形結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種抑制管柱式構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)水平振動的沖擊式阻尼器，在現(xiàn)有技術(shù)的沖擊式阻尼器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在其圓筒形容器內(nèi)壁設(shè)置了高阻尼橡膠圈，當(dāng)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，并使沖擊式阻尼器一同振動時，活動鋼球與阻尼橡膠圈發(fā)生碰撞，使阻尼橡膠圈產(chǎn)生更大變形，極大降低了碰撞恢復(fù)系數(shù)，以此來進(jìn)一步耗散構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)傳來的振動能量，達(dá)到最佳抑制振動及降低噪聲效果。
文檔編號E04B1/98GK2230785SQ9424888
公開日1996年7月10日 申請日期1994年12月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月30日
發(fā)明者劉蓬風(fēng), 顧金鈞, 汪正興 申請人:鐵道部大橋工程局橋梁科學(xué)研究所