本申请公开了一种重力补偿非线性能量阱减振装置，包括连接座、导杆、质量块、第一线性弹簧、第二线性弹簧和阻尼器；所述连接座为倒U型且包括一个水平设置的顶板和两个相对设置的侧板，所述导杆竖直设置在两个侧板中间，其上端与顶板固连而下端穿过质量块上的中心孔，所述质量块可沿导杆自由滑动，所述第一线性弹簧套设在导杆上且两端分别与顶板和质量块固连，所述第二线性弹簧的数量为两个且两端分别与质量块及对应侧板固连，所述阻尼器竖直设置且两端分别与顶板和质量块固连。本申请在竖向振动时实现了对振子的重力补偿，可提供纯立方刚度并实现靶向能量传递，具有构造简单、无需能量输入、鲁棒性好的优点。鲁棒性好的优点。鲁棒性好的优点。
【技术实现步骤摘要】
一种重力补偿非线性能量阱减振装置
[0001]本专利技术涉及减振
，具体地，涉及一种重力补偿非线性能量阱减振装置。
技术介绍
[0002]振动问题广泛地存在于航天、机械、土木等多个工程领域。例如，在桥梁工程领域，随着轻质高强新材料的使用、施工和设计技术的发展以及人们对建筑物审美的提高，桥梁结构越来越趋向于柔性化。柔性桥梁具有结构刚度较小的特点，因此其振动问题表现明显(如风振、人致振动等)，如何确保结构的安全性以及振动舒适度是业内亟待解决的问题。因此，采取有效措施进行振动控制具有重要研究意义。
[0003]目前，振动控制理论主要分为被动控制、主动控制和半主动控制。其中，主动控制措施和半主动控制措施均涉及外部能量输入过程，装置维护成本高且可靠性一般；相比之下，被动控制措施不需要外部能量，且具有构造简单、造价低和易维护的优势。因此，在结构上附加被动控制减振装置是当前应用最为广泛的振动控制措施。
[0004]线性调频减振装置(如TMD)是目前最常用的被动控制装置，但其仅在目标模态频率附近较窄的频带具有减振效果，对频率变化的鲁棒性较差。近年来逐渐兴起的非线性能量阱(NES)则在很宽频带内具有减振效果，自适应性好。理论上，经典的非线性能量阱通常由质量单元、纯非线性刚度单元和阻尼单元构成；但在实际中，当将非线性能量阱应用于结构竖向振动控制时，质量单元本身的重力将导致纯非线性刚度难以实现，从而造成非线性系统不易实现靶向能量传递，降低了非线性能量阱的减振效果。
[0005]因此，对于将理论应用于实际却达不到最佳效果的问题，是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
[0006]本申请的目的在于提供一种新的非线性能量阱减振装置，通过重力补偿的方式解决现有技术中结构的竖向振动控制问题。本申请的技术方案如下：
[0007]一种重力补偿非线性能量阱减振装置，包括连接座、导杆、质量块、第一线性弹簧、第二线性弹簧和阻尼器；
[0008]所述连接座包括水平设置的顶板以及与顶板的下表面垂直连接的两个侧板，两个所述侧板相对布置，所述顶板的上表面与主结构固定连接；
[0009]所述导杆竖直设置在两个侧板的正中间，所述导杆的上端与顶板的下表面固定连接；
[0010]所述质量块在中心位置开孔且可活动套设在导杆上；
[0011]所述第一线性弹簧套设在导杆上且两端分别与顶板的下表面和质量块的上表面固定连接；
[0012]所述第二线性弹簧的数量为两个且分别位于两个侧板与导杆之间，所述第二线性弹簧的两端分别与质量块的侧面及对应侧板固定连接；
[0013]所述阻尼器竖直设置且两端分别与顶板的下表面和质量块的上表面固定连接。
[0014]在一些具体的实施例中，所述阻尼器的数量为两个，两个阻尼器对称布置在导杆的两侧。
[0015]在一些具体的实施例中，所述阻尼器的数量为三个及以上，多个阻尼器在导杆周围环向间隔均匀布置。
[0016]在一些具体的实施例中，所述第一线性弹簧与导杆间的滑动间隙为4mm～10mm
[0017]在一些具体的实施例中，所述质量块与导杆间的滑动间隙为2mm～6mm，或者所述质量块与导杆间的滑动接触面保持光滑。
[0018]在一些具体的实施例中，所述质量块静止时，所述第二线性弹簧处于水平状态。当所述质量块运动至所述第二线性弹簧为水平状态的位置时，第一线性弹簧所提供的恢复力等于所述质量块的重力，实现重力补偿。
[0019]在一些具体的实施例中，所述减振装置中各结构的参数设置满足以下关系式：
[0020][0021][0022][0023]式中：k1和k2分别为第一线性弹簧和第二线性弹簧的刚度系数，m为质量块的质量，g为重力常数，L0为第二线性弹簧在变形前的自然长度，a和h分别为L0的水平分量和竖直分量，k
NES
为非线性能量阱需要实现的纯立方刚度。
[0024]在一些具体的实施例中，所述第二线性弹簧的两端通过吊耳分别连接质量块和侧板，所述阻尼器的两端通过吊耳分别连接质量块和顶板。
[0025]在一些具体的实施例中，所述顶板上设有若干螺栓孔，通过螺栓与螺栓孔配合实现连接座与主结构固定连接。
[0026]在一些具体的实施例中，多个螺栓孔关于导杆中心轴线对称分布。
[0027]本申请提供的技术方案至少具有如下有益效果：
[0028]1、本申请提供的减振装置为被动控制装置，需外部能量输入，装置构造简单，造价低且维护成本较低，系统可靠性相对较高。
[0029]2、本申请提供的减振装置采用了非线性能量阱原理，相比于线性调频减振装置仅能控制一个模态，且控制效果对目标模态频率的变化特别敏感、鲁棒性差，本申请中的减振装置可以实现更宽频带的减振，具有更优的鲁棒性与自适应性。
[0030]3、本申请提供的减振装置相比于传统的非线性能量阱装置，考虑了结构竖向振动时质量单元恒定重力对非线性刚度效应的影响，通过设置第一线性弹簧对振子进行重力补偿，同时结合第二线性弹簧作用，使得非线性能量阱在竖直方向上具有纯立方刚度，可实现系统的靶向能量传递。此外，本申请还设置贯穿第一线性弹簧和振子的导杆，为解决竖向振动问题的非线性能量阱振子限定了稳定可靠的运动轨迹。
附图说明
[0031]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本申请实施例中的一种重力补偿非线性能量阱减振装置的立体结构图；
[0033]图2为图1中连接座的正视图；
[0034]图3为图1中连接座的俯视图；
[0035]图4为图1中质量块和导杆组合后的正视图；
[0036]图5为图1中减振装置重力补偿NES的力学示意图；
[0037]图6为图5在处的力学示意图；
[0038]图中：1、连接座，11、顶板，12、侧板，13、螺栓孔，2、导杆，3、质量块，4、第一线性弹簧，5、第二线性弹簧，6、阻尼器，7、吊耳。
具体实施方式
[0039]为了便于理解本申请，下面将结合说明书附图和较佳的实施例对本申请中的技术方案作更全面、细致地描述，但本申请的保护范围并不限于以下具体的实施例，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，均属于本申请保护的范围。
[0040]需要特别说明的是，当某一元件被描述为与另一元件存在“固定、固接、连接或连通”关系时，它可以是直接固定、固接、连接或连通在另一元件上，也可以是通过其他中间件间接固定、固接、连接或连通在另一元件上。
[0041]除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种重力补偿非线性能量阱减振装置，其特征在于，包括连接座(1)、导杆(2)、质量块(3)、第一线性弹簧(4)、第二线性弹簧(5)和阻尼器(6)；所述连接座(1)包括水平设置的顶板(11)以及与顶板(11)的下表面垂直连接的两个侧板(12)，两个所述侧板(12)相对布置，所述顶板(11)的上表面与主结构固定连接；所述导杆(2)竖直设置在两个侧板(12)的正中间，所述导杆(2)的上端与顶板(11)的下表面固定连接；所述质量块(3)在中心位置开孔且可活动套设在导杆(2)上；所述第一线性弹簧(4)套设在导杆(2)上且两端分别与顶板(11)的下表面和质量块(3)的上表面固定连接；所述第二线性弹簧(5)的数量为两个且分别位于两个侧板(12)与导杆(2)之间，所述第二线性弹簧(5)的两端分别与质量块(3)的侧面及对应侧板(12)固定连接；所述阻尼器(6)竖直设置且两端分别与顶板(11)的下表面和质量块(3)的上表面固定连接。2.根据权利要求1所述的重力补偿非线性能量阱减振装置，其特征在于，所述阻尼器(6)的数量为两个，两个阻尼器(6)对称布置在导杆(2)的两侧。3.根据权利要求1所述的重力补偿非线性能量阱减振装置，其特征在于，所述阻尼器(6)的数量为三个及以上，多个阻尼器(6)在导杆(2)周围环向间隔均匀布置。4.根据权利要求1所述的重力补偿非线性能量阱减振装置，其特征在于，所述第一线性弹簧(4)与导杆(2)间的滑动间隙为4mm～10mm。5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏晓军，戴晓欣，张竞巍，夏冉，何雨晴，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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