非線性動力吸振電磁耗能裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術(shù)公開了一種非線性動力吸振電磁耗能裝置，包括一個箱體，所述箱體的頂面和底面之間形成均勻的磁場，且在磁場內(nèi)垂直的安裝有與箱體的頂面相連的彈簧擺，所述的彈簧擺能在磁場內(nèi)沿多個方向來回擺動，其運動方式為彈簧振動和整體擺動兩種模態(tài)的耦合。當滿足內(nèi)共振條件時，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動，從而達到非線性吸振的效果。彈簧擺動頻率與被控結(jié)構(gòu)的主振頻率一致，彈簧擺的振動模態(tài)與擺動模態(tài)強烈耦合，實現(xiàn)內(nèi)共振特性，達到最優(yōu)的吸振減振效果。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及結(jié)構(gòu)工程振動控制領(lǐng)域，尤其涉及一種減小輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的非線性動力吸振電磁耗能裝置。
技術(shù)介紹
我國是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)荷載作用下倒塌破壞時有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟損失。因此，降低輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，確保其在地震或風(fēng)荷載作用下安全運行，具有十分重大的意義。結(jié)構(gòu)振動控制就是通過在結(jié)構(gòu)上設(shè)置一些控制裝置，從而改善結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。當結(jié)構(gòu)受風(fēng)荷載、地震作用等激勵時，這些控制裝置就會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一組被動或主動的控制力，使結(jié)構(gòu)的反應(yīng)得以顯著降低。結(jié)構(gòu)控制是一種不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的全新的積極主動的方法，它改變了利用承重結(jié)構(gòu)本身來抵御橫向荷載的思想，通過應(yīng)用結(jié)構(gòu)控制的理論，可以顯著提高結(jié)構(gòu)的承載能力，降低結(jié)構(gòu)的重量，保證結(jié)構(gòu)滿足安全性，是結(jié)構(gòu)設(shè)計思想的一次飛躍。為解決工程結(jié)構(gòu)的減振問題，國內(nèi)外學(xué)者對減振控制技術(shù)開展了大量的研究，取得了一系列的研究成果。被動控制可以分為耗能減振和吸振減振兩類。其中，耗能減振技術(shù)是在結(jié)構(gòu)上安裝耗能阻尼器，從而耗散結(jié)構(gòu)的振動能量以達到減振的目的。吸振減振技術(shù)通常在輸電塔結(jié)構(gòu)頂部安裝子結(jié)構(gòu)，如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)、調(diào)諧液體阻尼器(TLD)或懸掛質(zhì)量擺(SMP)。通過調(diào)節(jié)子結(jié)構(gòu)的頻率，使得子結(jié)構(gòu)和主結(jié)構(gòu)的一階頻率吻合。當結(jié)構(gòu)物受外界激勵振動時，子結(jié)構(gòu)可以從結(jié)構(gòu)物上吸收動能，并產(chǎn)生頻率相等、方向相反的慣性力，從而降低結(jié)構(gòu)物的振動。線性動力吸振器的應(yīng)用已經(jīng)有了比較長的歷史，若激擾頻率固定不變，采用線性動力吸振器，可以做到使主振幅為零，吸振效果達到最佳的理想狀態(tài)。若激振頻率稍有改變，可能使工作頻率從反共振點偏移而接近任一共振點，所以線性吸振器不適用于變速的情況。因此，本技術(shù)結(jié)合彈簧擺的非線性動力吸振和電磁耗能的特點，提出非線性動力吸振電磁耗能裝置。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)的目的是為輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)提供一種非線性動力吸振電磁耗能裝置，對這種結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)荷載作用下的振動進行控制。為實現(xiàn)上述目的，本技術(shù)采用下述技術(shù)方案：非線性動力吸振電磁耗能裝置，包括一個箱體，所述箱體的頂面和底面之間形成均勻的磁場，且在磁場內(nèi)垂直的安裝有與箱體的頂面相連的彈簧擺，所述的彈簧擺能在磁場內(nèi)沿多個方向來回擺動，其運動方式為彈簧振動和整體擺動兩種模態(tài)的耦合，當滿足內(nèi)共振條件時，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動，從而達到非線性吸振的效果。所述彈簧擺動頻率與被控結(jié)構(gòu)的主振頻率保持一致，彈簧擺的振動模態(tài)與擺動模態(tài)強烈耦合，實現(xiàn)內(nèi)共振特性，以達到最優(yōu)的吸振減振效果。另外，質(zhì)量塊擺動過程中切割磁感線形成閉合回路，渦流會轉(zhuǎn)化為電阻熱而耗散掉，能達到較好的耗能效果。在箱體的上、下面內(nèi)各設(shè)置一個永久磁鐵形成從下到上由N到S的均勻磁場。所述的磁場通過在箱體的上、下面內(nèi)各設(shè)置一個永久磁鐵形成。所述的彈性裝置包括一個彈簧和一個垂直穿過彈簧的彈性絞線。所述的彈簧采用馬氏體形狀記憶合金高阻尼彈簧，該合金具有高阻尼的特性，彈簧中間設(shè)置一根彈性絞線，所述的彈性絞線采用奧氏體形狀記憶合金超彈性絞線，該合金具有超彈性自復(fù)位能力，與彈簧配合使用，在彈簧損壞的情況下，可以起到保護質(zhì)量塊的作用。所述質(zhì)量塊為裹有鋁板的奧氏體不銹鋼的柵欄式組合塊，該不銹鋼導(dǎo)磁性小，不易被磁鐵吸引，而鋁導(dǎo)電性強，產(chǎn)生渦流大，散熱性能好。所述彈簧的長度根據(jù)主結(jié)構(gòu)的主頻率決定。彈簧擺由彈簧和懸掛的質(zhì)量塊構(gòu)成，彈簧剛度系數(shù)為ks，彈簧原長為lori，在重力作用下的長度為l0，質(zhì)量塊重量為mp。關(guān)系如下：lori＝l0-mpg/ks(1)根據(jù)單擺擺長與頻率的關(guān)系，可以確定懸掛質(zhì)量擺的擺長，進而得到彈簧擺擺長也可根據(jù)此式計算：l0=g(2πf)2]]>式中，f是主結(jié)構(gòu)的一階頻率，l0是彈簧擺在重力作用下的長度，彈簧擺的原長lori需要根據(jù)公式(1)計算。所述彈簧的剛度根據(jù)質(zhì)量塊的質(zhì)量和彈簧的原始長度決定。所述磁鐵為強永磁鐵，分別位于箱型結(jié)構(gòu)的頂部與底部位置。所述的非線性動力吸振電磁耗能裝置安裝在塔式結(jié)構(gòu)的頂部。所述彈簧擺的擺動頻率與被控結(jié)構(gòu)的主振頻率保持一致。本技術(shù)的有益效果是：(1)本技術(shù)的非線性動力吸振電磁耗能裝置是一種強非線性系統(tǒng)，通過彈簧擺內(nèi)共振，可以把擺動模態(tài)的能量傳遞到振動模態(tài)，從而吸收更多的動能，減振效果顯著，且無需外部能量的輸入，更容易實現(xiàn)且安全性較高；(2)本技術(shù)基于電磁感應(yīng)原理，通過質(zhì)量塊切割磁感線，金屬板內(nèi)部形成閉合回路，機械能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，增加減振裝置的耗能；(3)該裝置中彈簧采用馬氏體形狀記憶合金材料，提高彈簧的高阻尼性能，彈簧中間穿有奧氏體形狀記憶合金絞線，具有超彈性自復(fù)位能力，配合彈簧使用，對彈簧起到保護的作用；(4)該裝置原理簡單、構(gòu)造簡單，且彈簧與質(zhì)量塊為獨立結(jié)構(gòu)，具有加工方便、維護方便等特點；(5)該裝置能夠減小地震或風(fēng)荷載作用下多個方向的振動響應(yīng)，可適用于輸電塔及相關(guān)的塔式結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益和社會效益。附圖說明圖1是非線性動力吸振電磁耗能裝置示意圖。圖2是非線性動力吸振電磁耗能裝置俯視圖。圖3是非線性動力吸振電磁耗能裝置彈簧擺示意圖。圖4是非線性動力吸振電磁耗能裝置安裝位置示意圖。圖5是圖4的局部放大圖。圖中：1形狀記憶合金彈簧，2質(zhì)量塊，3形狀記憶合金絞線，4磁鐵，5外箱。具體實施方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細敘述本技術(shù)最佳的實施方式。近年來，目標能量傳遞現(xiàn)象(TargetedEnergyTransfer,TET)和非線性能量阱(NonlinearEnergySink,NES)等非線性動力吸振裝置在被動振動控制領(lǐng)域得到了一些應(yīng)用。TET是指一定量的能量單向、非線性地傳遞給局部振動模態(tài)，從而降低主結(jié)構(gòu)振動的現(xiàn)象。NES即為可實現(xiàn)TET的非線性吸振器。相比于傳統(tǒng)線性吸振器，它具有吸振頻帶寬，吸振效率高的優(yōu)點。彈簧擺是一種強非線性系統(tǒng)，其運動方式是彈簧振動和整體擺動兩種模態(tài)的耦合。當滿足內(nèi)共振條件時，會發(fā)生一種振動激發(fā)另一種振動的現(xiàn)象，稱為內(nèi)共振現(xiàn)象。它的這種特性可以用來實現(xiàn)非線性能量阱(NES)。基于以上現(xiàn)狀，本技術(shù)擬利用彈簧擺的內(nèi)共振特性，提出一種新型的NES，并且可以降低塔式結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。另外，基于電磁感應(yīng)原理，擺錘在擺動過程中切割磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電流(渦流)；根據(jù)楞次定律，感應(yīng)電流(渦流)的效果總是阻礙導(dǎo)體在磁場之間的運動，因此擺的運動受到了阻力，產(chǎn)生的渦流轉(zhuǎn)化為電阻熱，擺的運動能量變?yōu)闊崮芏模黾訙p振裝置的耗能。因此，本技術(shù)結(jié)合彈簧擺的非線性動力吸振和電磁耗能的特點，提出非線性動力吸振電磁耗能裝置，具體如圖1、圖2和圖3所示。所述減振控制裝置包括一個箱型結(jié)構(gòu)5，一個形狀記憶合金彈簧1，一根形狀記憶合金絞線3，一個質(zhì)量塊2以及兩個磁鐵4構(gòu)成。該裝置安裝在塔式結(jié)構(gòu)的頂部。具體結(jié)構(gòu)如下：外箱5的頂部與底部本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
非線性動力吸振電磁耗能裝置，其特征在于：包括一個箱體，所述箱體的頂面和底面之間形成均勻的磁場，且在磁場內(nèi)垂直的安裝有與箱體的頂面相連的彈簧擺，所述的彈簧擺能在磁場內(nèi)沿多個方向來回擺動，其運動方式為彈簧振動和整體擺動兩種模態(tài)的耦合。

【技術(shù)特征摘要】
1.非線性動力吸振電磁耗能裝置，其特征在于：包括一個箱體，所述箱體的
頂面和底面之間形成均勻的磁場，且在磁場內(nèi)垂直的安裝有與箱體的頂面相連的
彈簧擺，所述的彈簧擺能在磁場內(nèi)沿多個方向來回擺動，其運動方式為彈簧振動
和整體擺動兩種模態(tài)的耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的非線性動力吸振電磁耗能裝置，其特征在于：在箱體
的上、下面內(nèi)各設(shè)置一個永久磁鐵形成從下到上由N到S的均勻磁場。
3.如權(quán)利要求1所述的非線性動力吸振電磁耗能裝置，其特征在于：所述
的彈簧擺包括一個彈簧、一個垂直穿過彈簧的彈性絞線和與彈簧相連的質(zhì)量塊。
4.如權(quán)利要求3所述的非線性動力吸振電磁耗能裝置，其特征在于：所述
的彈簧采用馬氏體形狀記憶合金高阻尼彈簧。
5.如權(quán)利要求3所述的非線性動力吸振電磁耗能裝置，其特征在于：所述
的彈性絞線采用奧氏體形狀記憶合金...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田利，榮坤杰，俞琪琦，張鵬，王文明，
申請(專利權(quán))人：山東大學(xué)，
類型：新型
國別省市：山東;37