一种基于压电耗能的碰撞减振杆制造技术

本发明专利技术属于结构振动控制技术领域，尤其涉及一种基于压电耗能的碰撞减振杆。该减振杆包括碰撞耗能阻尼单元、空心杆、内端板、拉压弹簧、碰撞体和导杆；本发明专利技术利用压电陶瓷特有的压电效应，将结构的机械能转化为电势能继而利用电阻效应又转化为导体片的热能，不断的将能量耗散，实现结构的良好减振效果；本发明专利技术的碰撞耗能阻尼空心杆，可以作为主体结构杆件的替换杆或附加杆，与主体结构的连接非常方便。

A collision shock absorber rod based on piezoelectric energy

The invention belongs to the technical field of structural vibration control, in particular to a collision damping rod based on piezoelectric energy dissipation. The damping rod includes the impact energy dissipation unit, the hollow rod, the inner end plate, the tension spring, the collision body and the guide rod. The invention uses the piezoelectric effect of the piezoelectric ceramics to convert the mechanical energy of the structure into the electric potential energy and then transform the energy into the heat of the conductor piece, and dissipates the energy without breaking. It has a good damping effect; the collision energy dissipation hollow rod of the invention can be used as the replacement rod or additional rod of the main structure rod, and it is very convenient to connect with the main structure.

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电耗能的碰撞减振杆
本专利技术属于结构振动控制
，尤其涉及一种基于压电耗能的碰撞减振杆。
技术介绍
空间网架结构以其新颖的结构形式、优雅的建筑造型和强大的跨越能力等优点，已被广泛应用于公共建筑和工业建筑等领域。特别是近年来，随着我国一些重大社会经济活动的开展，建设了一批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼、高铁站等社会公共建筑，这些建筑在提供强大功能的同时，往往作为重大工程也是一个城市或国家的标志性建筑，故保证其在地震、台风等动力荷载作用下的安全性尤为重要。但随着此类结构跨度增大、高度增加以及结构形式的日益复杂，按照传统方法设计的工程结构在强地震/强风等作用下，往往会产生较大的动力响应，造成破坏或倒塌。近年来发展迅速的振动控制技术为保障这类结构的安全可靠提供了一个新途径。结构振动控制是通过在结构上设置控制系统，由结构和控制系统共同抵御外荷载，以减小结构的动力反应。常用于大跨空间结构的控制系统主要有：在结构节点上设置TMD系统；采用附加杆式设置粘滞或粘弹性阻尼器；采用替换杆式设置粘滞阻尼器；采用替换杆式设置变刚度或变阻尼的可控杆件；设置粘弹性阻尼支座；设置ER或MR阻尼器等等。近年来各种利用粘弹性材料、粘滞流体等材料开发的阻尼器取得了良好的减振效果，但此类阻尼器应用于工程实际中时需要克服疲劳、老化、耐久性、及流体阻尼器可能存在的渗漏现象等问题。压电耗能碰撞阻尼器是基于能量守恒定律将机械能转化为压电陶瓷片内部的电势能，然后通过导体板的电阻效应将电势能转化为热能来耗散系统的振动能量。碰撞体在空心杆运动时与包有橡胶层的压电陶瓷片碰撞，由于受压，压电陶瓷片内产生电势能，橡胶起耗能和隔振保护作用；同时压电陶瓷片内产生的电势能通过电阻效应以热能的形式不断地耗散到周围的环境中。与其他类型阻尼器相比，压电耗能碰撞阻尼器具有结构简单、磨损小、无需工作介质、寿命长及刚度和阻尼易调节等特点，具有极高的应用前景。因此，本专利技术将压电技术同其他被动减振技术相结合，提供了一种基于压电耗能的碰撞减振杆，能够同时满足结构在小幅、大幅振动时对阻尼器的减振要求，具有很高的工程应用价值。
技术实现思路
本专利技术将压电技术同其他被动减振技术相结合，提供了一种基于压电耗能的碰撞减振杆。杆内拉压弹簧和碰撞耗能阻尼单元共同工作，不仅显著增强了阻尼空心杆的耗能控制效果，而且能够满足结构在小幅和大幅振动时对阻尼器的减振要求。本专利技术的技术方案：一种基于压电耗能的碰撞减振杆，包括碰撞耗能阻尼单元、空心杆1、内端板3、拉压弹簧5、碰撞体6和导杆9；所述的空心杆1为内部设有多个等间距、具有通孔圆片结构的等直径空心圆杆，空心杆1的两端设置一体结构的内端板3，空心杆1与两内端板3之间构成空腔，在空腔内设置多个碰撞耗能阻尼单元；所述的内端板3的外侧面设置井字型加劲肋10，内端板3的中心设有通孔，导杆9穿过内端板3和圆片的通孔，并在其中滑动；所述的导杆9两端的外壁四周开有滚珠凹槽，所述的内端板3的通孔内环壁上开有与导杆9上的滚珠凹槽配合的滚珠凹槽，滚珠4嵌在滚珠凹槽内，与滚珠凹槽共同完成对导杆9的位移导向，使导杆9在通孔内滑动；所述的碰撞耗能阻尼单元，包括导体片2、圆形橡胶垫片7和压电陶瓷片8；所述的导体片2由具有高电阻率的金属材料制成，中心开有通孔，通孔直径大于导杆9的直径；多个导体片2穿过导杆9并固定在圆片上，导体片2与空心杆1的内壁垂直；所述的压电陶瓷片8，中心开有通孔，通孔直径大于导杆9的圆孔直径，粘结在导体片2的两侧，压电陶瓷片8用导线与导体片2连接；当压电陶瓷片8受到压力作用时，在其两个端面产生电压差，形成电回路；所述的圆形橡胶垫片7，中心开有通孔，通孔直径大于导杆9的圆孔直径，粘结于压电陶瓷片8的表面，压电陶瓷片8被圆形橡胶垫片7包裹，在碰撞过程中以保护压电陶瓷片8；所述的导杆9依次穿过多个碰撞耗能阻尼单元中心的通孔，碰撞耗能阻尼单元中心的通孔直径大于导杆9的直径，导杆9无摩擦的往复运动；所述的碰撞体6，位于相邻两个碰撞耗能阻尼单元之间，等间距的固接于导杆9上，两端的碰撞耗能阻尼单元外侧也设有碰撞体6；空心杆1振动时，碰撞体6与碰撞耗能阻尼单元相接触；所述的拉压弹簧5，套在导杆9的两端，限位于内端板3的内侧和碰撞体6之间，拉压弹簧5一端连接在内端板3上，另一端连接在相邻的碰撞体6上。工作原理：当结构发生小幅振动时，由拉压弹簧和碰撞体的小幅摆动将结构的机械能转化为拉压弹簧内的弹性势能，此时工作原理同调谐质量阻尼器或质量摆；当结构发生大幅振动时，各个碰撞体在导杆的位移导向下与碰撞耗能阻尼单元发生碰撞，具有橡胶层的碰撞耗能阻尼单元将结构的机械能转化为橡胶层吸收转化的热能和压电陶瓷内部的电势能，电势能又由电阻效应转化为导体片的热能而不断耗散；结构的振幅越大时，碰撞体的碰撞能量越大，压电陶瓷和橡胶层相应的能量耗散更多。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术的碰撞耗能减振杆，由橡胶垫片压缩变形和导体片散热共同耗能，显著增强了耗能控制效果。当结构发生小幅振动时，由碰撞体和拉压弹簧将结构的机械能转化为弹簧内的弹性势能；当结构发生大幅振动时，由碰撞耗能单元将结构的机械能转化为压电陶瓷的电势能和橡胶层吸收转化的热能，之后，由于电阻效应，压电陶瓷的电势能通过导体片转化为热能，实现能量的分级耗散。(2)本专利技术的碰撞耗能减振杆，通过调节耗能阻尼单元的数量和间距、改变碰撞体的质量，或者调整压电陶瓷片的规格，均可实现碰撞耗能单元阻尼参数的调节；通过调节拉压弹簧的刚度，可以实现小幅振动下的阻尼参数调节。(3)本专利技术的碰撞耗能减振杆，采用压电陶瓷特有的压电效应，无需外界能源，由于压电陶瓷和导体片的物理性能保持长期不变，阻尼空心杆能提供长期稳定的减振效果，具有很好的耐久性。(4)本专利技术的碰撞耗能减振杆，可以作为主体结构杆件的替换杆或附加杆，与主体结构的连接非常方便。(5)本专利技术的碰撞耗能减振杆，具有构造简单、无需工作介质、寿命长、易于维护等优点。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于压电耗能的碰撞减振杆的纵向剖面图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于压电耗能的碰撞减振杆的A-A剖面图；图3为本专利技术实施例提供的一种基于压电耗能的碰撞减振杆的B-B剖面图；图4为本专利技术实施例提供的一种基于压电耗能的碰撞减振杆的C-C剖面图。图中：1空心杆；2导体片；3内端板；4滚珠；5拉压弹簧；6碰撞体；7圆形橡胶垫片；8压电陶瓷片；9导杆；10井字型加劲肋。具体实施方式以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式。如图1至图4，本专利技术提供一种基于压电耗能的碰撞减振杆，包括：空心杆1、导体片2、内端板3、滚珠4、拉压弹簧5、碰撞体6、圆形橡胶垫片7、压电陶瓷片8、导杆9和井字型加劲肋10；在本实施例中，空心杆1为等直径空心圆杆，在空心杆1的两端设置内端板3构成空腔，在此空腔内设置碰撞耗能阻尼单元，耗能阻尼单元的数量可以根据结构的需要调整，内端板3起支撑和导向作用；在碰撞耗能阻尼单元设置较多时，可以将空腔内的导体片2加厚制作为类似带有滚珠凹槽端板以保证导杆9有良好的支撑。将井字型加劲肋10与内端板3的外侧面和空心杆1的内壁固接，保证内端板3与空心杆1连接的可靠性；导杆9径向固定于内本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压电耗能的碰撞减振杆，其特征在于，该减振杆包括碰撞耗能阻尼单元、空心杆(1)、内端板(3)、拉压弹簧(5)、碰撞体(6)和导杆(9)；所述的空心杆(1)为内部设有多个等间距、具有通孔圆片结构的等直径空心圆杆，空心杆(1)的两端设置一体结构的内端板(3)，空心杆(1)与两内端板(3)之间构成空腔，在空腔内设置多个碰撞耗能阻尼单元；所述的内端板(3)的外侧面设置井字型加劲肋(10)，内端板(3)的中心设有通孔，导杆(9)穿过内端板(3)和圆片的通孔，并在其中滑动；所述的导杆(9)两端的外壁四周开有滚珠凹槽，所述的内端板(3)的通孔内环壁上开有与导杆(9)上的滚珠凹槽配合的滚珠凹槽，滚珠(4)嵌在滚珠凹槽内，与滚珠凹槽共同完成对导杆(9)的位移导向，使导杆(9)在通孔内滑动；所述的碰撞耗能阻尼单元，包括导体片(2)、圆形橡胶垫片(7)和压电陶瓷片(8)；所述的导体片(2)由具有高电阻率的金属材料制成，中心开有通孔，通孔直径大于导杆(9)的直径；多个导体片(2)穿过导杆(9)并固定在圆片上，导体片(2)与空心杆(1)的内壁垂直；所述的压电陶瓷片(8)，中心开有通孔，通孔直径大于导杆(9)的圆孔直径，粘结在导体片(2)的两侧，压电陶瓷片(8)用导线与导体片(2)连接；当压电陶瓷片(8)受到压力作用时，在其两个端面产生电压差，形成电回路；所述的圆形橡胶垫片(7)，中心开有通孔，通孔直径大于导杆(9)的圆孔直径，粘结于压电陶瓷片(8)的表面，压电陶瓷片(8)被圆形橡胶垫片(7)包裹，在碰撞过程中以保护压电陶瓷片(8)；所述的导杆(9)依次穿过多个碰撞耗能阻尼单元中心的通孔，碰撞耗能阻尼单元中心的通孔直径大于导杆(9)的直径，导杆(9)无摩擦的往复运动；所述的碰撞体(6)，位于相邻两个碰撞耗能阻尼单元之间，等间距的固接于导杆(9)上，两端的碰撞耗能阻尼单元外侧也设有碰撞体(6)；空心杆(1)振动时，碰撞体(6)与碰撞耗能阻尼单元相接触；所述的拉压弹簧(5)，套在导杆(9)的两端，限位于内端板(3)的内侧和碰撞体(6)之间，拉压弹簧(5)一端连接在内端板(3)上，另一端连接在相邻的碰撞体(6)上。...

【技术特征摘要】
1.一种基于压电耗能的碰撞减振杆，其特征在于，该减振杆包括碰撞耗能阻尼单元、空心杆(1)、内端板(3)、拉压弹簧(5)、碰撞体(6)和导杆(9)；所述的空心杆(1)为内部设有多个等间距、具有通孔圆片结构的等直径空心圆杆，空心杆(1)的两端设置一体结构的内端板(3)，空心杆(1)与两内端板(3)之间构成空腔，在空腔内设置多个碰撞耗能阻尼单元；所述的内端板(3)的外侧面设置井字型加劲肋(10)，内端板(3)的中心设有通孔，导杆(9)穿过内端板(3)和圆片的通孔，并在其中滑动；所述的导杆(9)两端的外壁四周开有滚珠凹槽，所述的内端板(3)的通孔内环壁上开有与导杆(9)上的滚珠凹槽配合的滚珠凹槽，滚珠(4)嵌在滚珠凹槽内，与滚珠凹槽共同完成对导杆(9)的位移导向，使导杆(9)在通孔内滑动；所述的碰撞耗能阻尼单元，包括导体片(2)、圆形橡胶垫片(7)和压电陶瓷片(8)；所述的导体片(2)由具有高电阻率的金属材料制成，中心开有通孔，通孔直径大于导杆(9)的直径；多个导体片(2)穿过导杆(9)并固定在圆片上，导...

【专利技术属性】
技术研发人员：付兴，李宏男，王金鑫，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21