一种半主动多孔自供能多维减振器制造技术

本发明专利技术公开了一种半主动多孔自供能多维减振器，包括内部外部两个球形腔体，两腔体通过弹簧装置连接，内外腔体之间充满多孔材料。内部球形腔体中空，中心有球形液体容器。所述的内腔体内部有一定数量的质量球；所述的内腔体中心球形液体容器通过柱状通道与内腔体壁连接；所述的柱状通道内部置有阻尼通道，阻尼通道外部缠绕有励磁线圈；所述的内腔体内侧壁上设有压电发电单元，压电发电单元与固定在柱状通道外壁的控制器和电能提取与存储单元串联形成闭合回路。竖直平面内所述的弹簧装置，柱状通道和压电发电装置均匀分布有8个，此竖直平面绕球体中轴旋转，水平面360°内均布有8个。

A kind of multi-dimensional shock absorber with semi-active porous self energy supply

【技术实现步骤摘要】
一种半主动多孔自供能多维减振器
本专利技术涉及一种半主动多孔自供能多维减振器，特别涉及一种磁流变压电发电与多孔材料结合的阻尼器，主要用于工程结构的减振控制。
技术介绍
随着社会经济迅速发展，建筑物结构形式越来越多样，然而近年来风、地震等环境因素导致建筑物损坏甚至倒塌的事件屡见不鲜，因而振动对于建筑物安全、适用、耐久性具有重要影响，成为建筑物防灾减灾不可忽略的一部分。在土木工程领域，对于结构形式较为复杂的建筑物尤其对于大跨度、高耸、柔性结构，在强烈振动下容易发生水平及竖向振动，导致结构构造突变，甚至发生倒塌事故，后果不堪设想。目前来说，振动控制技术是减小结构振动的最有效经济的方法，因此研究结构的水平向及竖向振动和破坏机理，合理地设计抗振减振装置，进而实现结构的振动控制，对于保障结构安全平稳运行具有重要的现实意义。近年来，随着新型材料加工应用技术的日渐成熟，许多新型智能材料也被应用于减振控制领域，其中，压电陶瓷具有结构简单、无电磁干扰、易加工、能耗低、和易于控制等优势，在主动与半主动控制中得到了广泛的应用。磁流变液由于具有较强的塑性粘度，在相当宽的温度范围内具有较高的稳定性、响应速度快、杂质干扰小、能耗低等特性，同样也已经在隔振减振领域得到一定的应用。多孔阻尼材料有质轻，高阻尼的特点，同时具有较好的吸振隔振和吸能耗散的能力，此类高阻尼材料也逐渐应用到减振控制领域。专利技术人发现目前实际工程中应用减振控制装置进行振动控制的实例越来越多，大多数集中于水平方向和竖直方向的减振控制研究，对于各个方向的振动控制响应研究较少。随着社会发展，建筑结构形式不断丰富，高度不断增加，环境荷载的不确定性因素较多，单纯的水平方向和竖直方向振动已经不能满足振动控制要求。
技术实现思路
基于以上研究现状，本专利技术目的是提供一种半主动多孔自供能多维减振器，旨在减小高层建筑、高耸结构、大跨网壳及和桥梁等大跨度空间结构在风荷载及地震作用下各个方向的振动响应，以达到耗能减振的目的；以半主动控制策略有效的控制了结构的不良振动。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术提出的一种饱和多孔自供能压电流变阻尼器，包括内部球形腔体和外部球形腔体，内部球形腔体位于外部球形腔体内，两腔体之间通过沿径向设置的弹簧装置连接，且内部球形腔体和外部球形腔体形成的环形腔内充满多孔材料；内部球形腔体的中心有球形液体容器；在所述的球形液体容器内填充有磁流变液，所述的内部球形腔体内部有一定数量的质量球；所述的球形液体容器通过柱状通道与所述的环形腔连通；所述的柱状通道内部置有阻尼通道，阻尼通道外部缠绕有励磁线圈；所述的内部球形腔体内侧壁上设有压电发电单元，所述的压电发电单元与固定在柱状通道外壁的控制器、电能提取与存储单元、励磁线圈串联形成闭合回路。作为进一步的技术方案，在竖直平面内所述的弹簧装置、柱状通道和压电发电装置均匀分布有8个，此竖直平面绕球体中轴旋转，水平面360°内均布有8个。当结构发生沿各个方向的振动时，质量球由于惯性带动内部球形腔体振动，弹簧装置压缩，挤压多孔材料，使磁流变液沿阻尼通道向中心的球形液体容器流动，同时，质量球碰撞挤压压电发电单元，压电发电单元受压力产生电能，并将电能储存在电能提取与存储单元中，压力传感器感受到压力大小变化并将信号传至控制器，控制器根据压力大小控制励磁线圈中的电流大小。励磁线圈通电后可改变阻尼通道内的磁场强度，阻尼通道内的磁流变液流动方向与磁场方向垂直，使得磁流变液的流动性和粘度发生变化，提高输出阻尼力，从而达到减振控制的目的。同时，内部球形腔体内壁和的质量球表面均附有粘弹性材料，质量球之间和质量球与内部球形腔体内壁之间碰撞摩擦，将机械能转化为热能，从而起到减振控制作用。内部球形腔体碰撞挤压多孔材料，多孔材料的吸振减振能力可以起到减振作用。进一步的技术方案为，所述的外部球形腔体由不锈钢材料制成，内侧涂有环氧树脂涂料(环氧树脂涂料具有防水、绝缘、抗腐蚀等特性)。进一步的技术方案为，所示的外部球形腔体固定在底板上，底板通过螺栓固定在建筑结构上。进一步的技术方案为，所述的弹簧装置有上下两个套筒，上部套筒内径大于下部套筒外径，弹簧放置在两套筒内，一端连接上部套筒中心，另一端连接下部套筒中心，上下套筒分别与内部球形腔体和外部球形腔体固接，以便约束弹簧的伸缩轨迹和伸缩长度。进一步的技术方案为，所述的弹簧形状记忆合金(Shapememoryalloy，简称SMA)制作而成，具有自复位功能。进一步的技术方案为，所述的多孔材料为树脂聚合物多孔材料，并且材料密度不均，由内侧到外侧依次为疏密疏。进一步的技术方案为，所述的内部腔体内壁和其内部的质量球表面均设有粘弹性材料。进一步的技术方案为，所述的压电发电单元由多个叠放的薄片压电陶瓷串联组成。进一步的技术方案为，所述的压电发电单元外表面附有高弹性海绵橡胶板，以保护压电发电单元。进一步的技术方案为，所述的压力传感器用于感应质量球压力值，控制器用于接收压力传感器信号并根据此信号来控制电能提取与存储单元放电。压电发电单元、电能提取与存储单元、控制器和励磁线圈机构电连接形成闭合回路。进一步的技术方案为，所述的内部和外部球形腔体之间的空隙，多孔材料，阻尼通道和内部腔体中心球形液体容器均为连通的，内部充满磁流变液。进一步的技术方案为，所述的阻尼通道中设有阻尼网，增大阻尼力。进一步的技术方案为，所述的柱状通道内表面涂有环氧树脂涂料，以避免收到其他磁场影响。本专利技术的工作原理如下：当结构发生沿各个方向的振动时，质量球由于惯性带动内部球形腔体振动，弹簧装置压缩，内部球形腔体挤压多孔材料，使磁流变液沿阻尼通道向中心的球形液体容器流动，同时，质量球碰撞挤压压电发电单元，压电发电单元受力产生电能，并将电能储存在电能提取与存储单元中，压力传感器感受到压力大小变化并将信号传至控制器，控制器根据压力大小控制励磁线圈中的电流大小。励磁线圈通电后可改变阻尼通道内的磁场强度，阻尼通道内的磁流变液流动方向与磁场方向垂直，使得磁流变液的流动性和粘度发生变化，同时阻尼通道内的阻尼网提高了阻尼力，装置整体阻尼力输出得到提高，从而达到减振控制的目的。同时，内部球形腔体内壁和的质量球表面均附有粘弹性材料，质量球之间和质量球与内部球形腔体内壁之间碰撞摩擦，将机械能转化为热能耗散掉，从而起到减振控制作用。内部球形腔体碰撞挤压多孔材料，多孔材料的吸振减振能力可以起到减振作用，经研究表明，结构形式为疏-密-疏的多孔材料减振抗冲击的效果最好。本专利技术的有益效果是：本专利技术在阻尼器的设计中使用半主动控制理论，利用磁流变液的在变化磁场下瞬时流变的特性来即时给阻尼器提供瞬变的阻尼力，调整阻尼器阻尼和刚度，大大改善了一般半主动装置的时滞问题，从而实现良好的智能减振控制。本专利技术应用压电陶瓷实现半主动减振装置的自主供能，将压电发电单元受振动产生的电能收集起来给励磁线圈供电，并用压力传感器与控制器控制励磁线圈内的电流变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半主动多孔自供能多维减振器，其特征在于，包括内部球形腔体和外部球形腔体，内部球形腔体位于外部球形腔体内，两腔体之间通过沿径向设置的弹簧装置连接，且内部球形腔体和外部球形腔体形成的环形腔内充满多孔材料；内部球形腔体的中心有球形液体容器；在所述的球形液体容器内填充有磁流变液，所述的内部球形腔体内部有一定数量的质量球；所述的球形液体容器通过柱状通道与所述的环形腔连通；所述的柱状通道内部置有阻尼通道，阻尼通道外部缠绕有励磁线圈；所述的内部球形腔体内侧壁上设有压电发电单元，所述的压电发电单元与固定在柱状通道外壁的控制器、电能提取与存储单元、励磁线圈串联形成闭合回路。/n

【技术特征摘要】
1.一种半主动多孔自供能多维减振器，其特征在于，包括内部球形腔体和外部球形腔体，内部球形腔体位于外部球形腔体内，两腔体之间通过沿径向设置的弹簧装置连接，且内部球形腔体和外部球形腔体形成的环形腔内充满多孔材料；内部球形腔体的中心有球形液体容器；在所述的球形液体容器内填充有磁流变液，所述的内部球形腔体内部有一定数量的质量球；所述的球形液体容器通过柱状通道与所述的环形腔连通；所述的柱状通道内部置有阻尼通道，阻尼通道外部缠绕有励磁线圈；所述的内部球形腔体内侧壁上设有压电发电单元，所述的压电发电单元与固定在柱状通道外壁的控制器、电能提取与存储单元、励磁线圈串联形成闭合回路。


2.如权利要求1所述的一种半主动多孔自供能多维减振器，其特征在于，所述的内部球形腔体内壁和的质量球表面均附有粘弹性材料。


3.如权利要求1所述的一种半主动多孔自供能多维减振器，其特征在于，所述的外部球形腔体由不锈钢材料制成，内侧涂有环氧树脂涂料。


4.如权利要求1所述的一种半主动多孔自供能多维减振器，其特征在于，所示的外部球形腔体固定在底板上，底板通过螺栓固定在建筑结构上。


5.如权利要求1所述的一种半主动多孔自...

【专利技术属性】
技术研发人员：付朝阳，田利，张慧，刘俊才，刘文棚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37