一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，屬于結(jié)構(gòu)自適應(yīng)被動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。包括調(diào)諧質(zhì)量塊、受力組件、勵(lì)磁組件、傳感器和控制器；調(diào)諧質(zhì)量塊安裝在上部連接板上；受力組件由至少4個(gè)磁流變彈性體支座以及導(dǎo)磁連接板、上部連接板組成，每個(gè)支座均由保護(hù)橡膠層包裹；勵(lì)磁組件由線圈、鐵芯及硬絕緣層組成；傳感器安裝在上、下連接板上；控制器根據(jù)信號(hào)改變系統(tǒng)的剪切剛度。本發(fā)明制作簡(jiǎn)單，安裝方便；充分利用材料的力學(xué)和電磁特性，空間利用率和磁場(chǎng)利用率高；與圓柱形的支座相比，圓臺(tái)形支座具有更大的剛度調(diào)節(jié)范圍和更好的整體穩(wěn)定性；線圈不僅僅作為勵(lì)磁部件，也起到了調(diào)諧質(zhì)量塊的功能；可保證實(shí)時(shí)、高效的調(diào)節(jié)。
【專利說(shuō)明】
一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)自適應(yīng)被動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以磁流變彈性體為關(guān)鍵材料，剛度可調(diào)的智能調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。
【背景技術(shù)】
[0002]調(diào)諧質(zhì)量阻尼器技術(shù)是一種成熟的結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制技術(shù)，其減振效果明顯，被廣泛應(yīng)用于控制高層結(jié)構(gòu)及橋梁在地震、風(fēng)振作用下的響應(yīng)。這種被動(dòng)控制技術(shù)實(shí)施簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，但其缺陷是調(diào)諧質(zhì)量阻尼器不能根據(jù)結(jié)構(gòu)特性、荷載特性的變化進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，因而不能保證最佳的控制效果，有時(shí)甚至加劇結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，引發(fā)災(zāi)難性的后果。近年來(lái)，剛度可調(diào)節(jié)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的研究受到關(guān)注。通過(guò)改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的剛度，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的自振周期可以隨著結(jié)構(gòu)自振周期的變化而變化，進(jìn)而保證最佳的控制效果。然而，現(xiàn)有的變剛度裝置種類較少，且大多數(shù)此類裝置需要借助作動(dòng)器才能實(shí)現(xiàn)剛度調(diào)節(jié)的目標(biāo)。這些調(diào)節(jié)方式不僅不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)的調(diào)節(jié)，而且調(diào)節(jié)過(guò)程中需要消耗較多的能量。磁流變彈性體為變剛度提供了新的模式，可利用磁流變彈性體制成的智能支座制成可變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)。然而，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器往往需要較大的變形，該變形比通常結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)隔震支座變形大得多。如果將現(xiàn)有形式的支座直接用作調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的變形構(gòu)件，大位移時(shí)支座很可能因?yàn)樽冃芜^(guò)大而引發(fā)整體失穩(wěn)。此外，為了保證力學(xué)性能，支座的體積往往比較大，需要使用較大的線圈才能提供空間足夠大的磁場(chǎng)，以改變支座的剛度。這樣一來(lái)，制造的成本、維護(hù)成本、使用成本均較高。
[0003]因此，重新設(shè)計(jì)磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，既能在不需要作動(dòng)器的情況下保證系統(tǒng)的剛度實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)，又滿足大變形、低成本、低能耗的使用需求，是十分有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:設(shè)計(jì)一款磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，其剛度能根據(jù)結(jié)構(gòu)需要實(shí)現(xiàn)可逆、實(shí)時(shí)、精確的調(diào)節(jié)。通過(guò)合理的裝置設(shè)計(jì)，能夠使系統(tǒng)制作成本較低，生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，使用安全且能耗低，剛度調(diào)節(jié)范圍大，且對(duì)周?chē)h(huán)境影響小。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0006]—種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，包括調(diào)諧質(zhì)量塊、受力組件、勵(lì)磁組件、傳感器和控制器，調(diào)諧質(zhì)量塊安裝在上部連接板上;受力組件包括至少4個(gè)磁流變彈性體支座、導(dǎo)磁連接板和上部連接板，磁流變彈性體支座均由鋼板和磁流變彈性體層疊合而成，由橡膠保護(hù)層包裹;勵(lì)磁組件包括與磁流變彈性體支座數(shù)量相同的線圈、鐵芯和隔熱硬絕緣層;線圈安裝在磁流變彈性體支座的上部，通過(guò)鐵芯、上部連接板和下部導(dǎo)磁連接板，與相鄰的線圈形成串聯(lián)，每?jī)蓚€(gè)磁流變彈性體支座形成一個(gè)閉合的磁路;上部傳感器和下部傳感器分別安裝在上連接板和下部導(dǎo)磁連接板上；控制器通過(guò)信號(hào)線與傳感器、勵(lì)磁組件相連，根據(jù)信號(hào)改變系統(tǒng)的剪切剛度。
[0007]所述的磁流變彈性體支座呈上部小下部大的圓臺(tái)形。
[0008]根據(jù)設(shè)計(jì)需要增減磁流變彈性體支座的數(shù)量，并加裝阻尼裝置。
[0009]本發(fā)明的有益效果:
[0010]其一，一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，利用磁流變彈性體材料的連續(xù)、可逆的變剛度特性，制成磁流變彈性體支座，可以實(shí)現(xiàn)剛度的實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的調(diào)節(jié);另外，改變剛度無(wú)需作動(dòng)器，系統(tǒng)的耗能小。
[0011]其二，一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，采用圓臺(tái)形的磁流變彈性體支座的設(shè)計(jì)，與圓柱形的支座相比，整體穩(wěn)定性能大大提升；圓臺(tái)形支座上部截面積較小，因此可以采用較小尺寸的線圈和鐵芯，避免了材料的浪費(fèi)；圓臺(tái)形支座的整體剛度主要由剛度較小的支座上部決定，僅調(diào)節(jié)支座上部剛度即可達(dá)到較好的調(diào)節(jié)效果，因此進(jìn)一步縮減了線圈的尺寸，在降低制作成本的同時(shí)，提升了系統(tǒng)剛度調(diào)節(jié)范圍。
[0012]其三，一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，將線圈布置在圓臺(tái)形支座上部，靠近需要調(diào)節(jié)的支座剛度最小的部分，磁場(chǎng)利用率較高;此外，線圈、鐵芯等部件具有較大的質(zhì)量，放置在上部可以作為調(diào)諧質(zhì)量塊進(jìn)行工作，使線圈同時(shí)具備勵(lì)磁、減震的功能。
[0013]其四，一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，采用了若干個(gè)磁流變彈性體支座，每?jī)蓚€(gè)支座可以通過(guò)上連接板和導(dǎo)磁連接板形成閉合磁路，從而提高磁場(chǎng)強(qiáng)度，提升調(diào)節(jié)范圍。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)實(shí)施例的平面布置圖。
[0015]圖2為本發(fā)明磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)實(shí)施例的A-A剖面示意圖。
[0016]圖3為本發(fā)明磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)實(shí)施例的支座剖面示意圖。
[0017]圖4為本發(fā)明磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)實(shí)施例的支座B-B截面示意圖。
[0018]圖5為本發(fā)明磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)實(shí)施例的支座C-C截面示意圖。
[0019]圖6為本發(fā)明磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)實(shí)施例的磁力線分布圖。
[0020]圖中:I調(diào)諧質(zhì)量塊;2上連接板;3鐵芯;4隔熱硬絕緣層;5線圈；6控制器;7信號(hào)線；8上部傳感器;9橡膠保護(hù)層；10鋼板；11磁流變彈性體層；12下部導(dǎo)磁連接板；13下部傳感器;14磁力線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0022]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】見(jiàn)圖1至圖6。由平面布置圖圖1和A-A剖面示意圖圖2可知，本實(shí)施例由I個(gè)調(diào)諧質(zhì)量快1、I塊上部連接板2、4個(gè)磁流變彈性體支座、4個(gè)勵(lì)磁組件、2塊導(dǎo)磁連接板12、2個(gè)傳感器8、13、信號(hào)線7和I個(gè)控制器6組成。所述系統(tǒng)的調(diào)諧質(zhì)量塊I固定在上部連接板2上，上部連接板2與勵(lì)磁組件的鐵芯3相連。所述系統(tǒng)的4個(gè)勵(lì)磁組件的鐵芯3上下焊接鋼板，線圈5經(jīng)由隔熱硬絕緣層4包裹后，套上在鐵芯3上。勵(lì)磁組件通過(guò)硫化與下方的圓臺(tái)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層10、11相連。圓臺(tái)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層10、11由保護(hù)橡膠層9包裹，通過(guò)硫化與下方的導(dǎo)磁連接板相連12。導(dǎo)磁連接板12通過(guò)開(kāi)孔，可以實(shí)現(xiàn)與結(jié)構(gòu)的連接。支座剖面示意圖圖3主要顯示單個(gè)磁流變彈性體支座的構(gòu)造形式，B-B截面示意圖圖4主要顯示勵(lì)磁組件的平面布置，C-C截面示意圖圖5主要顯示磁流變彈性體智能裝置的截面形式，因此未顯示傳感器8、13、信號(hào)線7和控制器6。
[0023]所述的上連接板2，導(dǎo)磁連接板12，鐵芯3，鋼板10均由導(dǎo)磁材料制成。磁流變彈性體、鋼板、線圈的尺寸均應(yīng)由磁場(chǎng)有限元分析得出優(yōu)化的幾何尺寸，并應(yīng)滿足現(xiàn)有橡膠隔震支座設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。
[0024]所述的磁流變彈性體11，是在硅橡膠基體中添加磁致顆粒，在外加磁場(chǎng)作用下固化制成的智能材料。磁流變彈性體中存在磁致顆粒形成的鏈狀或柱狀的有序結(jié)構(gòu)，在磁場(chǎng)作用下，該材料的剛度和阻尼均會(huì)增加；當(dāng)撤去磁場(chǎng)，材料的剛度和阻尼恢復(fù)到無(wú)磁場(chǎng)的狀態(tài)。磁流變彈性體具有響應(yīng)快，可逆性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]本發(fā)明的磁力線走向如圖6所示:線圈5激發(fā)磁場(chǎng)，鐵芯3增加磁感應(yīng)強(qiáng)度;磁力線經(jīng)由左側(cè)鐵芯3、上連接板2、右側(cè)鐵芯、右側(cè)圓臺(tái)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層、導(dǎo)磁連接板12、左側(cè)圓臺(tái)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層10、11、回到左側(cè)鐵芯3，形成完整的回路。
[0026]下面簡(jiǎn)述本發(fā)明的工作過(guò)程。
[0027]當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震、強(qiáng)風(fēng)荷載等作用時(shí)，傳感器8、13會(huì)感知上部調(diào)諧質(zhì)量塊和下部結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況，將感知信號(hào)輸入控制器6，控制器按照事先設(shè)計(jì)好的控制策略，控制線圈5的輸入電壓，改變支座的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而改變調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)的剛度和阻尼，達(dá)到更好地控制結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，其特征在于，該磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)包括調(diào)諧質(zhì)量塊、受力組件、勵(lì)磁組件、傳感器和控制器，調(diào)諧質(zhì)量塊安裝在上部連接板上;受力組件包括至少4個(gè)磁流變彈性體支座、導(dǎo)磁連接板和上部連接板，磁流變彈性體支座均由鋼板和磁流變彈性體層疊合而成，由橡膠保護(hù)層包裹;勵(lì)磁組件包括與磁流變彈性體支座數(shù)量相同的線圈、鐵芯和隔熱硬絕緣層;線圈安裝在磁流變彈性體支座的上部，通過(guò)鐵芯、上部連接板和下部導(dǎo)磁連接板，與相鄰的線圈形成串聯(lián)，每?jī)蓚€(gè)磁流變彈性體支座形成一個(gè)閉合的磁路;上部傳感器和下部傳感器分別安裝在上連接板和下部導(dǎo)磁連接板上;控制器通過(guò)信號(hào)線與傳感器、勵(lì)磁組件相連，根據(jù)信號(hào)改變系統(tǒng)的剪切剛度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，其特征在于，所述的磁流變彈性體支座呈上部小下部大的圓臺(tái)形。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，其特征在于，根據(jù)需要增減磁流變彈性體支座的數(shù)量，并加裝阻尼裝置。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK105889381SQ201610472900
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月24日
【發(fā)明人】歐進(jìn)萍, 王奇, 董旭峰, 李蘆鈺
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)