用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器制造技术

本发明专利技术公开了一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器，包括顶板和刚性板，顶板底面通过若干根连接直杆与刚性板顶面相连，所述刚性板侧面均匀布置有若干悬臂梁，各悬臂梁的一端与刚性板侧面相连，各悬臂梁的另一端顶面对应设有质量块，各悬臂梁外端依次通过对应的质量块、电涡流阻尼器与顶板底面相连。本发明专利技术采用环形布置的悬臂梁作为弹簧元件，改变悬臂梁厚度实现多重调谐质量阻尼器的分布式频率特征，结构紧凑；同时，采用双套环电涡流阻尼器，改进了导体切割磁感线方式，增大电涡流出力效率，减小阻尼器尺寸，拓宽电涡流阻尼器的安装适用范围。

Compact multi-tuned mass eddy current damper for structural vibration control

The invention discloses a compact multi-tuned mass eddy current damper for structural vibration control, which comprises a top plate and a rigid plate. The bottom of the top plate is connected with the top surface of the rigid plate through several connecting straight rods. The side of the rigid plate is evenly arranged with several cantilever beams, one end of each cantilever beam is connected with the side of the rigid plate, and the top face of each cantilever beam should be provided with a mass block. The outer ends of each cantilever beam are connected with the bottom of the roof through corresponding mass blocks and eddy current dampers in turn. The invention adopts a cantilever beam arranged in a ring as a spring element, changes the thickness of the cantilever beam to realize the distributed frequency characteristics of the multi-tuned mass damper, and has a compact structure. At the same time, a double-ring eddy current damper is used to improve the way of cutting magnetic induction lines of conductors, increase the efficiency of eddy current output, reduce the size of the damper, and expand the installation scope of the eddy current damper.

【技术实现步骤摘要】
用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器
本专利技术属于结构减振控制领域，特别涉及一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器。
技术介绍
近年来，国家大力发展基础建设，大跨桥梁不断向长、轻、柔发展，城市高层、超高层、高耸建筑不断涌现，其所采用的细长构件、大跨楼板增多，且大多以钢结构为主，阻尼小，结构频率低，在风、车、人行及地震荷载作用下产生长时低振幅或较大振幅运动，致使结构疲劳，降低了结构耐久性与行人舒适度，甚至造成构件乃至结构破坏，不利于结构整体安全性。因此，需要对此类结构或构件附加一定的振动控制措施，减小振幅，提高结构安全性和舒适性。结构减振控制措施按控制方式不同，可分为主动控制、半主动控制、被动控制及混合控制。主动控制通过传感器监测参数计算出最优控制力，由作动器直接输出至被控结构，反应迅速，控制效果好，但技术复杂，造价昂贵，维护要求高，在很多大跨结构中，外置供电安装受到限制。半主动控制去除了需要外部大功率供电的作动器，根据传感器参数反馈，仅需微小电流的控制器对阻尼或刚度参数小范围调整，使阻尼器参数处于最优状态，但其控制原理与主动控制相同，需要复杂的控制算法计算。混合控制是近年来发展的将主动与被动控制相结合的新型控制技术，可发挥被动控制与主动控制各自优点，但二者的协同与辅助控制组合方式尚不成熟。被动控制是一项较为成熟的结构减振技术，本专利技术即属于被动控制的范畴。被动控制无需外部供电，主要通过合理的阻尼器参数设计与安装位置分布，达到控制工程结构有害振动响应的目的。被动控制中，调谐质量阻尼器(TMD)是一种常用的减振装置，适用于以某一阶振动频率为主的结构振动问题，例如高耸结构的风致振动、大跨楼板及人行桥的人致振动等问题。目前已发展了多种阻尼、刚度和分布形式，例如，调谐液体阻尼器(TLD)，电涡流阻尼器(ECD)，摆式调谐质量阻尼器(PTMD)，多重调谐质量阻尼器(MTMD)等，均在工程中有不同程度的应用。由于采用惯性原理减振，调谐质量阻尼器(TMD)需按结构振动的某一阶模态进行参数设计；此外，在目前大跨楼板，人行天桥，细长的直立构件、结构以及长大桥梁中，单个大吨位TMD受安装空间限制，实施困难，参数调节不便，而且存在频率失谐时减振效果不佳的缺点。已有的研究表明，将单个大吨位调谐质量分为多个小质量TMD，并依据以结构某阶频率为主的分布式频率特性设计各小质量TMD，构建多重调谐质量阻尼器(MTMD)，不仅可以解决其安装及参数调节等难题，还可以提高减振的鲁棒性。但MTMD减振装置采用多个小质量TMD，各小TMD单独安装，施工作业面更大，对安装空间受限的大跨楼板，梁高较小的人行天桥存在诸多实际困难，同时小质量TMD较为分散，无法最大化分布在被控主振型最优位置，易降低减振效果。此外，阻尼发生装置作为TMD的核心部件之一，被要求提供足够的阻尼力，易于设计、维护，耐久性好。众多的阻尼形式中，电涡流阻尼是一种具有良好前途的阻尼类型，其基于法拉第电磁感应定律与楞次定律，当导体在恒定磁场中运动时，导体中产生感应电流，且感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化，由此产生抑制导体运动的电涡流阻尼力；同时，电涡流阻尼力与导体运动速度成正比，具有理想的粘滞阻尼特性，易于参数化设计。但目前适用于狭小安装空间的小型或微型电涡流阻尼器不能满足大阻尼系数的要求，导体切割磁感线方式单一，电涡流阻尼出力效率较低。因此，如何实现MTMD的紧凑式设计，如何合理选定导体切割磁感线方式，优化电涡流出力效率，是亟需探索的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器，采用环形布置的悬臂梁作为弹簧元件，结构紧凑；同时，采用双套环电涡流阻尼器，改进了导体切割磁感线方式，增大电涡流出力效率，减小阻尼器尺寸，拓宽电涡流阻尼器的安装适用范围。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器，其结构特点是包括顶板和刚性板，顶板底面通过若干根连接直杆与刚性板顶面相连，所述刚性板侧面均匀布置有若干悬臂梁，各悬臂梁的一端与刚性板侧面相连，各悬臂梁的另一端顶面对应设有质量块，各悬臂梁外端依次通过对应的质量块、电涡流阻尼器与顶板底面相连。进一步地，所述电涡流阻尼器包括顶杆、外导磁体、外铜体、内铜体、内导磁体、N极磁环、S极磁环、调节杆，其中，顶杆顶端与顶板底面相连，顶杆底端与外导磁体外顶面相连，外铜体设于外导磁体内，且外铜体外壁与外导磁体内壁相接触；内铜体与内导磁体顶端均与外铜体内顶面相连，内铜体与内导磁体底端均悬空，内导磁体设于内铜体内，且内导磁体外壁与内铜体内壁相接触；N极磁环底端与S极磁环顶端相连，N极磁环与S极磁环均设于内铜体外且与内铜体之间具有第一间隙，N极磁环顶端与外铜体内顶面之间具有第二间隙，S极磁环底端与外铜体内底面之间具有第三间隙；N极磁环与S极磁环外壁均与外铜体之间具有第四间隙；调节杆顶端与S极磁环底部相连，调节杆底部依次穿过外铜体底面、外导磁体底面、质量块后与悬臂梁相连。作为一种优选方式，所述刚性板为实心板，刚性板的横截面为圆形、方形或环形。作为一种优选方式，所述N极磁环与S极磁环均为永磁铁。作为一种优选方式，所述内铜体与外铜体均为由纯铜制成的低电阻导体。作为一种优选方式，所述内导磁体与外导磁体均由纯铁制成。作为一种优选方式，所述连接直杆通过第一螺栓与顶板相连。作为一种优选方式，所述外导磁体、外铜体、内铜体、内导磁体、N极磁环、S极磁环、调节杆、质量块均同轴心。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：第一，采用悬臂梁作为弹簧元件，环形紧凑式布置悬臂梁，不仅将大吨位调谐质量分散为环形分布的小质量块并环形布置于各悬臂梁端部，改变悬臂梁设计尺寸即实现多重调谐质量阻尼器的分布式频率特征，结构紧凑，减小了TMD安装空间，将TMD最大化分布于被控主振型最优位置，提高减振效率与频域控制鲁棒性。能适应安装空间受限的楼板，梁高较小的人行桥等结构，悬臂梁尺寸设计简便。第二，采用双套环电涡流阻尼器，改进了导体切割磁感线方式，增大了铜体切割磁场磁感线面积与阻尼比，增大电涡流出力效率，避免磁能浪费，进一步缩小阻尼器尺寸，拓宽电涡流阻尼器的安装适用范围，同时寿命长，效率高，易于维护，阻尼易调节。附图说明图1为本专利技术一实施例的三维结构示意图。图2为图1去掉顶板后的结构示意图。图3为电涡流阻尼器、质量块与悬臂梁的结构关系图。图4为图3的爆炸图。图5为电涡流阻尼器的剖视图。其中，1为顶板，2为电涡流阻尼器，3为质量块，4为悬臂梁，5为连接直杆，6为刚性板，7为第一螺栓，8为第二螺栓，9为顶杆，10为外导磁体，11为调节杆，12为螺杆，13为第三螺母，14为外铜体，15为内铜体，16为内导磁体，17为N极磁环，18为S极磁环，19为第二螺母，20为第一螺母，21为第一间隙，22为第二间隙，23为第三间隙，24为第四间隙。具体实施方式如图1至图5所示，本专利技术的一实施例包括顶板1和刚性板6，顶板1底面通过若干根连接直杆5与刚性板6顶面相连，所述刚性板6侧面均匀布置有若干悬臂梁4，悬臂梁4与连接直杆5交错布置，各悬臂梁4的一端与刚性板6侧面相连，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，包括顶板(1)和刚性板(6)，顶板(1)底面通过若干根连接直杆(5)与刚性板(6)顶面相连，所述刚性板(6)侧面均匀布置有若干悬臂梁(4)，各悬臂梁(4)的一端与刚性板(6)侧面相连，各悬臂梁(4)的另一端顶面对应设有质量块(3)，各悬臂梁(4)外端依次通过对应的质量块(3)、电涡流阻尼器(2)与顶板(1)底面相连。

【技术特征摘要】
1.一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，包括顶板(1)和刚性板(6)，顶板(1)底面通过若干根连接直杆(5)与刚性板(6)顶面相连，所述刚性板(6)侧面均匀布置有若干悬臂梁(4)，各悬臂梁(4)的一端与刚性板(6)侧面相连，各悬臂梁(4)的另一端顶面对应设有质量块(3)，各悬臂梁(4)外端依次通过对应的质量块(3)、电涡流阻尼器(2)与顶板(1)底面相连。2.如权利要求1所述的用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器，其特征在于，所述电涡流阻尼器(2)包括顶杆(9)、外导磁体(10)、外铜体(14)、内铜体(15)、内导磁体(16)、N极磁环(17)、S极磁环(18)、调节杆(11)，其中，顶杆(9)顶端与顶板(1)底面相连，顶杆(9)底端与外导磁体(10)外顶面相连，外铜体(14)设于外导磁体(10)内，且外铜体(14)外壁与外导磁体(10)内壁相接触；内铜体(15)与内导磁体(16)顶端均与外铜体(14)内顶面相连，内铜体(15)与内导磁体(16)底端均悬空，内导磁体(16)设于内铜体(15)内，且内导磁体(16)外壁与内铜体(15)内壁相接触；N极磁环(17)底端与S极磁环(18)顶端相连，N极磁环(17)与S极磁环(18)均设于内铜体(15)外且与内铜体(15)之间具有第一间隙(21)，N极磁环(17)顶端与外铜体(14)内顶面之间具有第二间隙(22)，S极磁环(...

【专利技术属性】
技术研发人员：华旭刚，徐凯，黄智文，陈政清，牛华伟，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43