一种可进行能量收集的非线性能量阱装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种可进行能量收集的非线性能量阱装置，属于振动控制技术领域。它包括基底承台板；振子，其设于基底承台板上方；托板，其活动设于振子与基底承台板之间，托板顶面与振子底面固定连接；直线导轨，其固定连接于基底承台板顶面，托板底部通过设置直线轴承与直线导轨滑动连接；挡板一，其有两个，对称式布置于振子两侧的基底承台板顶面上，两挡板一布置方向与直线导轨布置方向垂直；欧拉梁结构，其有两个，对称式布置于振子两侧，每个欧拉梁结构均将对应侧的振子侧面与挡板一侧面连接。本实用新型专利技术既可以作为主结构中吸振、减振、耗能的装置，同时又可以作为能量收集与电力供应的装置，在土木工程抗震以及监控领域具有非常好的前景。常好的前景。常好的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种可进行能量收集的非线性能量阱装置


[0001]本技术属于振动控制
，更具体地说，涉及一种可进行能量收集的非线性能量阱装置。

技术介绍

[0002]结构振动问题普遍存在于机械、航空航天、土木工程等各个领域，例如切削工具在车削过程中会产生颤振不稳定，降低机械加工质量；固定于飞机机翼上的 引擎在运转过程中会产生结构噪音，影响乘客的舒适度；在风、地震等动力荷载作用下，建筑结构会产生过大振动响应，威胁着生命财产安全。
[0003]为了有效抑制结构振动，衍生了许多能消能减震的装置，这些装置根据特性不同可以分为线性和非线性两种形式，其中非线性能量阱装置是一种构造简单、鲁棒性强、减振效率高的新型被动式减振装置，在航空航天振动控制中已经得到了广泛应用，同时，由于振动对土木工程领域中的结构安全的影响也很大，现已逐渐尝试应用在土木工程领域中的减振耗能中。
[0004]现有的非线性能量阱装置大多是采用线性弹簧作为提供振子回复力的装置，而土木工程中的结构物的自振频率一般都是低频的，大多在几赫兹左右，现有的非线性能量阱装置在低频段的共振俘获频带有限，减震效率有限，同时现有的非线性能量阱装置并不具有能量收集的功能。
[0005]经检索，中国专利申请公布号：CN 108716521 A；公布日：2018年10月30日；公开了一种基于非线性能量阱的振动能量收集装置，主要由底板、非线性能量阱机构、振动能量收集单元三部分构成；其中，两端受压的屈曲梁与布置在两侧的磁力弹簧机构共同提供非线性能量阱所需求的纯立方非线性刚度，振动能量收集单元主要包括感应线圈。该申请案的装置虽然能对非线性能量阱吸收的能量转化储存，但是该装置结构复杂，且更适合应用于机械装置中的减振吸能，若应用于土木工程领域中存在无法将振子质量增大、电磁感应退化以及阻尼大小不明确的问题。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题至少之一，根据本技术的一方面，提供了一种可进行能量收集的非线性能量阱装置，该装置包括：
[0007]基底承台板，其为平板状；
[0008]振子，其设于基底承台板上方；
[0009]托板，其活动设于振子与基底承台板之间，托板顶面与振子底面固定连接；
[0010]直线导轨，其固定连接于基底承台板顶面，托板底部通过设置直线轴承与直线导轨滑动连接；
[0011]挡板一，其有两个，对称式布置于振子两侧的基底承台板顶面上，两挡板一布置方向与直线导轨布置方向垂直；
[0012]欧拉梁结构，其有两个，对称式布置于振子两侧，每个欧拉梁结构均将对应侧的振子侧面与挡板一侧面连接。
[0013]根据本技术实施例的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可选地，还包括蓄电单元，其将欧拉梁结构形变的机械能转化为电能储存。
[0014]根据本技术实施例的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可选地，所述蓄电单元包括压电陶瓷片、导线和蓄电池；压电陶瓷片有若干个，分别固定于欧拉梁结构靠近挡板一端部的不同侧面，导线将压电陶瓷片与蓄电池相连。
[0015]根据本技术实施例的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可选地，所述直线导轨两端部均设有摩擦副段，摩擦副段增加直线轴承与直线导轨间的摩擦力。
[0016]根据本技术实施例的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可选地，直线轴承与直线导轨间的摩擦在运动至摩擦副段时由滚动摩擦变为滑动摩擦。
[0017]根据本技术实施例的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可选地，还包括挡板二，其有两个，均设于直线导轨端部处的基底承台板上，挡板二处于托板滑动轨迹延长线上，限制托板滑动的极限位置。
[0018]根据本技术实施例的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可选地，所述振子质量与主结构质量的比值为0.04~0.06。
[0019]根据本技术实施例的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可选地，所述欧拉梁结构为双欧拉梁，双欧拉梁由两根相互之间对称式布置的欧拉屈曲梁构成，振子处于初始状态时，每根欧拉屈曲梁均处于临界屈曲状态。
[0020]有益效果
[0021]相比于现有技术，本技术至少具有如下有益效果：
[0022]（1）本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置，采用欧拉梁结构代替现有的负刚度弹簧作为弹性元件引入到非线性能量阱装置中，拓宽了非线性能量阱装置在低频段的共振俘获频带，以使得本装置实现低频段的内共振俘获，并进行耗散，达到吸振减震的作用；
[0023]（2）本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置，利用振动过程中产生的能量，将其收集转化为电能储存，进而可以对无线传感器等结构进行供电，由此，不需要外接电源既能实现自供电的无线传感与监测；
[0024]（3）本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置，通过在欧拉梁结构端部粘贴压电陶瓷片，利用压电陶瓷在受拉受压过程中极化现象产生同等电量的正负电荷，用蓄电池进行收集，并可以作为主结构中检测装置的电源；
[0025]（4）本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置，当主结构未受到冲击荷载或者地震荷载时，本装置主要作为起到能量俘获的作用，当受到地震作用或者较大的冲击荷载的作用时，本装置则进行吸振、减振耗能的作用；
[0026]（5）本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置，通过挡板二的设置，可以有效防止振子运动行程过大而冲出直线轨道；
[0027]（6）本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置，可以根据主结构的特性，调整振子质量大小，使得振子质量与主结构的质量达到最佳的比例状态，使得本装置具有最优的靶能量传输效果；
[0028]（7）本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置，既可以作为主结构中吸振、减振、耗能的装置，同时又可以作为能量收集与电力供应的装置，在土木工程抗震领域以及监控领域具有非常好的前景。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本技术的一些实施例，而非对本技术的限制。
[0030]图1示出了本技术的可进行能量收集的非线性能量阱装置结构示意图；
[0031]图2示出了本技术的蓄电单元处结构放大图；
[0032]图3示出了本技术的托板处结构放大图；
[0033]图4示出了实施例7的可进行能量收集的非线性能量阱装置结构示意图；
[0034]附图标记：
[0035]1、基底承台板；
[0036]2、振子；
[0037]3、托板；30、直线轴承；
[0038]4、直线导轨；40、摩擦副段；
[0039]5、挡板一；
[0040]6、欧拉梁结构；60、双欧拉梁；
[0041]7、蓄电单元；70、压电陶瓷片；71、导线；72、蓄电池；
[0042]8、挡板二。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可进行能量收集的非线性能量阱装置，其特征在于，包括：基底承台板，其为平板状；振子，其设于基底承台板上方；托板，其活动设于振子与基底承台板之间，托板顶面与振子底面固定连接；直线导轨，其固定连接于基底承台板顶面，托板底部通过设置直线轴承与直线导轨滑动连接；挡板一，其有两个，对称式布置于振子两侧的基底承台板顶面上，两挡板一布置方向与直线导轨布置方向垂直；欧拉梁结构，其有两个，对称式布置于振子两侧，每个欧拉梁结构均将对应侧的振子侧面与挡板一侧面连接。2.根据权利要求1所述的一种可进行能量收集的非线性能量阱装置，其特征在于：还包括蓄电单元，其将欧拉梁结构形变的机械能转化为电能储存。3.根据权利要求2所述的一种可进行能量收集的非线性能量阱装置，其特征在于：所述蓄电单元包括压电陶瓷片、导线和蓄电池；压电陶瓷片有若干个，分别固定于欧拉梁结构靠近挡板一端部的不同侧面，导线将压电陶瓷片与蓄电池相连。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：万水，符俊冬，申纪伟，王潇，周鹏，周林云，年玉泽，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：新型
国别省市：