一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，包括：滑动设置在轨道上的颗粒阻尼单元，以及通过丝杠螺母组件设置在所述颗粒阻尼单元上端的可控惯性飞轮，所述可控惯性飞轮在所述颗粒阻尼单元的往复运动带动下进行转动，在振动的作用下可引起所述颗粒球接触应力网络的解构、流变和重构，以耗散能量衰减振动；所述可控惯性飞轮能够根据外界激励的频率变化而改变飞轮惯容系数，实时调整颗粒惯容系统的频率与主结构的第一、二、三阶等高阶频率保持一致；所述颗粒惯容系统顶部布置和层间分布布置，固定安装在所述待减振建筑结构的最大位移处或者振型幅值最大的楼层，可实现主体结构的多阶模态减振和半主动控制的目的。体结构的多阶模态减振和半主动控制的目的。体结构的多阶模态减振和半主动控制的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统


[0001]本专利技术属于土木和机械结构振动控制领域，具体涉及一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统。

技术介绍

[0002]颗粒阻尼器是由传统的冲击阻尼器发展演变而来的一种被动控制技术，这些年来其在土木、机械、航天等领域已经得到较为深入的研究和应用。颗粒阻尼器是通过在振动体中的有限封闭空间内亦或在振动体外的附加腔体内填充一定数量的颗粒，利用颗粒与颗粒之间和颗粒与腔体壁之间的摩擦和碰撞作用消耗系统的振动能量，从而为主体结构提供阻尼，削弱主体结构的响应。颗粒阻尼技术具有耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感、减振性能好等优点，尤其在长期的恶劣环境下仍可充分发挥作用。
[0003]然而，现阶段颗粒阻尼器也存在一些弊端和不足：(1)为了提高其减振性能以及鲁棒性，需要更大的附加质量，但是附加质量增加到一定的程度，控制效率会大大降低；(2)传统颗粒阻尼器内颗粒堆叠在一起，颗粒碰撞效率低；(3)其减振机理比较复杂，减振效果与多个参数都有相互影响。
[0004]因此，如何有效增强阻尼效果和提高减振性能，对于实际工程的减震控制具有重大的意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，解决了颗粒阻尼器附加质量大、颗粒碰撞效率低等问题。
[0006]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，包括：滑动设置在轨道上的颗粒阻尼单元，以及通过丝杠螺母组件设置在所述颗粒阻尼单元上端的可控惯性飞轮，所述可控惯性飞轮在所述颗粒阻尼单元的往复运动带动下进行转动。
[0008]进一步地，所述颗粒阻尼单元包括颗粒阻尼器箱体，所述颗粒阻尼器箱体内装填颗粒球，所述颗粒阻尼器箱体底部连接滑块支座，所述滑块支座滑动设置在待减震结构顶部的轨道上，所述颗粒阻尼单元两侧通过调谐弹簧连接。
[0009]进一步地，所述颗粒阻尼器箱体内设置质量块，所述质量块将所述颗粒阻尼器箱体分隔成多个独立腔室；所述的质量块两侧连接耗能伸缩筒和储气管道，所述储气管道内含有气体。
[0010]进一步地，所述耗能伸缩筒一端与所述质量块连接，另一端与所述颗粒阻尼器箱体连接，所述耗能伸缩筒能够随所述质量块的往复运动而进行伸缩；所述气体为惰性气体，包括氩、氮气、二氧化碳中任一种；
[0011]所述储气管道连接压力控制器，通过设定压强限值，控制储气管道内气体的进出。
[0012]进一步地，所述颗粒球的材料为陶瓷、钢材、混凝土、石材中的任意一种，直径为
2mm
‑
50mm，所述的颗粒球的体积占腔室体积的30％
‑
60％。
[0013]进一步地，所述丝杠螺母组件包括丝杆以及套设在所述丝杆上的螺母，所述丝杠一端与支座轴承连接，另一端与所述可控惯性飞轮连接；所述颗粒阻尼单元与所述螺母固接。
[0014]进一步地，所述可控惯性飞轮包括主杆以及安装在所述主杆末端的飞轮。
[0015]进一步地，所述飞轮的内侧端面设置小滑轨，所述小滑轨上滑动设置滑块，所述滑块安装箱体，所述箱体内设置小颗粒，所述主杆在远离所述主杆一端的端部套设箍圈，所述箱体与所述箍圈之间设置撑杆，所述箍圈连接电机，并在所述电机的驱动下，驱动所述箱体沿着小滑轨进行往复运动，不断改变所述可控惯性飞轮的惯性矩和惯容系数。
[0016]进一步地，所述小滑轨呈十字型设置在所述飞轮上。
[0017]进一步地，所述颗粒阻尼单元沿顶部布置和层间分布布置，所述颗粒阻尼单元固定安装在所述待减振建筑结构的最大位移处或者振型幅值最大的楼层。
[0018]进一步地，在所述振动的作用下可引起所述颗粒球接触应力网络的解构、流变和重构，以耗散能量衰减振动。
[0019]本专利技术的具体工作原理为，颗粒阻尼单元在风/地震作用下，颗粒球与颗粒球之间和颗粒球与腔体之间的摩擦和碰撞作用消耗能量；通过控制储气管道内的气体压强，使得质量块一直处于调谐的状态，此外在质量块惯性作用下会加剧颗粒球的碰撞；而由此引起颗粒阻尼单元中的颗粒阻尼器箱体往复运动，这与地面之间产生加速度差，使连接在两者之间的丝杠发生转动，带动可控惯性飞轮工作；可控惯性飞轮中的箱体可沿着小滑轨进行往复运动，从而不断改变可控惯性飞轮的惯性矩和惯容系数，由此根据外界激励的频率变化，改变飞轮的惯容系数，实时调整颗粒惯容系统的频率与主结构的第一、二、三阶等高阶频率保持一致，由此同时箱体内的小颗粒在飞轮的快速转动下，颗粒球碰撞耗能也将更加剧烈；最后通过分析主体结构的多阶模态，得到多阶振型的幅值，可将颗粒惯容系统安装于前多阶振型幅值最大的楼层处，实现主体结构的多阶模态减振和半主动控制的目的。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0021]1)本专利技术可根据外界激励的频率变化，改变飞轮的惯容系数，实时调整颗粒惯容系统的频率与主结构的第一、二、三阶等高阶频率保持一致，实现半主动控制。
[0022]2)本专利技术提出的顶部布置和层间分布布置，既兼具了颗粒阻尼技术减振频带宽、鲁棒性好的优点，又可同时控制主体结构的多阶模态。
[0023]3)本专利技术将惯容系统与颗粒阻尼系统结合，实现了装置的轻量化设计。
[0024]4)本专利技术通过控制储气管道内的气体压强，使得质量块一直处于调谐的状态，在振动的作用下可加快颗粒球接触应力网络的解构、流变和重构，加剧能量耗散。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统正立面图；
[0026]图2为本专利技术一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统俯视图；
[0027]图3为本专利技术可控惯性飞轮正立面图；
[0028]图4为本专利技术可控惯性飞轮正俯视图；
[0029]图5为本专利技术一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统分布布置示意图；
[0030]图中标号：1为颗粒阻尼器箱体，2为调谐弹簧，3为可控惯性飞轮，301为飞轮，302为箱体，303为撑杆，304为箍圈，305为电机，306为主杆，307为小颗粒，308为滑块，309为小滑轨，4为颗粒球，5为质量块，6为耗能伸缩筒，7为气体，8为滑块支座，9为丝杠，10为螺母，11为支座轴承，12为轨道，13为压力控制器，14为储气管道。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0032]一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，其结构如图1和2所示，包括颗粒阻尼单元和可控惯性飞轮，可控惯性飞轮通过螺母10设置于颗粒阻尼单元的上部并让可控惯性飞轮在颗粒阻尼单元往复运动的带动下运行，颗粒阻尼单元两侧通过调谐弹簧2连接。
[0033]具体地，颗粒阻尼单元包括颗粒阻尼器箱体1，颗粒阻尼器箱体1内装填颗粒球2，颗粒阻尼器箱体1底部连接滑块支座8，待减震结构的顶部设置轨道12，滑块支座8滑动设置在轨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，其特征在于，包括：滑动设置在轨道(12)上的颗粒阻尼单元，以及通过丝杠螺母组件设置在所述颗粒阻尼单元上端的可控惯性飞轮(3)，所述可控惯性飞轮(3)在所述颗粒阻尼单元的往复运动带动下进行转动。2.根据权利要求1所述的一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，其特征在于，所述颗粒阻尼单元包括颗粒阻尼器箱体(1)，所述颗粒阻尼器箱体(1)内装填颗粒球(2)，所述颗粒阻尼器箱体(1)底部连接滑块支座(8)，所述滑块支座(8)滑动设置在待减震结构顶部的轨道(12)上，所述颗粒阻尼单元两侧通过调谐弹簧连接。3.根据权利要求2所述的一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，其特征在于，所述颗粒阻尼器箱体(1)内设置质量块(5)，所述质量块(5)将所述颗粒阻尼器箱体(1)分隔成多个独立腔室；所述的质量块(5)两侧连接耗能伸缩筒(6)和储气管道(14)，所述储气管道(14)内含有气体(7)。4.根据权利要求3所述的一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，其特征在于，所述耗能伸缩筒(6)一端与所述质量块(5)连接，另一端与所述颗粒阻尼器箱体(1)连接，所述耗能伸缩筒(6)能够随所述质量块(5)的往复运动而进行伸缩；所述气体(7)为惰性气体，包括氩、氮气、二氧化碳中任一种；所述储气管道(14)连接压力控制器(13)，通过设定压强限值，控制储气管道(14)内气体(7)的进出。5.根据权利要求2所述的一种基于亚流态接触应力网络的颗粒惯容系统，其特征在于，所述颗粒球(4)的材料为陶瓷、钢材、混凝土、石材中的任意一种，直径为2mm
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【专利技术属性】
技术研发人员：鲁正，周超杰，张家伟，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：