【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于土木工程，涉及一種電磁鐵非線性變剛度單胞和超材料隔振支座。
技術介紹
1、超材料是基于人工結構單胞組成的新型人工復合周期材料，可實現傳統(tǒng)自然材料無法實現的力學性能。傳統(tǒng)局域共振型超材料在單胞結構中設置由柔性材料包裹的局域共振單元，進而產生阻止彈性波傳播的禁帶帶隙，為實現低頻帶隙和構建地震工程領域超材料提供了可能。然而，局域共振型超材料對彈性波在共振帶隙內有效衰減(等效阻尼)不足，實現低頻和寬頻帶隙往往需要增加共振單元的附加質量、降低共振單元內有剛度；超材料單胞及構造形式不具備自適應的超材料力學參數時變可調，限制了此類技術在復雜工程和智能制造(建造)工程的應用。
2、專利cn115789164a公開了一種橡膠與電磁并聯的可調剛度低頻隔振裝置，包括上支撐平臺、橡膠支撐結構、基座、中心軸和隔振器，所述隔振器為包括隔振箱體、安裝在隔振箱體內的兩個彈簧正剛度模塊與電磁負剛度模塊的線性磁式負剛度低頻隔振器，其中的電磁負剛度模塊包括沿中心軸軸向布置上環(huán)形永磁體、中間環(huán)形永磁體和下環(huán)形永磁體，以及每個永磁體分別配置的環(huán)形線圈。該專利通過調節(jié)彈簧正剛度單元的壓縮量來調整電磁負剛度模塊的負剛度大小，從而保證系統(tǒng)兼有高承載能力和低頻隔振性能，但該專利的電磁負剛度模塊僅能為隔振裝置提供負剛度；同時雖然通過吸引式電磁負剛度結構和排斥式電磁負剛度機構耦合的方式提供線性負剛度，但是不能提供與位移協(xié)調的非線性增強型負剛度以及正剛度-準零剛度-負剛度時變可調可控。
3、專利cn206234312u公開了一種剛度可調的磁性準零
4、專利cn112460177a公開了一種自適應調整負剛度的準零剛度隔振器，通過電機同時驅動聯軸器帶動絲桿轉動，絲桿滑塊會根據電機正轉和反轉對負剛度調節(jié)彈簧進行調整，調整兩個柔性連桿對中間連接體作用來實現負載質量變化的負剛度調整。但該專利完全使用機械結構調節(jié)負剛度，存在結構復雜且靈敏度差等缺陷；電機與機械結構導致該專利難以控制結構的體積，單胞堆疊可靠度較低，無法拓展為超材料單胞設計構型。
5、專利cn215334137u公開了一種電磁阻尼磁流變吸振器，包括：圓柱形外殼、外磁鐵磁軛、質量塊線圈組內磁鐵磁軛、中軸桿、彈簧和彈簧；內磁鐵磁軛直接卡在中軸桿上，質量塊組上含有阻尼通道，位于中軸桿上，內磁鐵磁軛外面，構成內循環(huán)，在質量塊上饒有線圈，外磁鐵磁軛位于線圈外面。該專利雖然通過質量塊切割磁場實現耗能，以及通過磁流變液實現質量可調，但質量塊的位移與外部位移相一致(即不具備額外的內部振動自由度)，限制了其在小變形情況下非線性阻尼元件變形放大的效果；不具備正剛度、準零剛度和負剛度的時變可控可調能力，無法實現基于位移幅值的自適應減振效果。
6、專利cn116336119a公開了一種電磁式變剛度變阻尼隔振器，包括負載平臺、隔振元件、繞在筒體上的線圈、永磁鐵、底座和變剛度變阻尼控制單元；所述隔振元件設置于所述底座上以支撐所述負載平臺，所述筒體固定在所述負載平臺的底部，所述永磁鐵設置在所述底座上且位于所述線圈外圍；所述變剛度變阻尼控制單元包括主控制板、電流控制模塊和振動傳感器；所述振動傳感器固定在所述負載平臺上，所述主控制板分別與所述振動傳感器及電流控制模塊電連。該專利的裝置雖然通過引入電磁式可變剛度-阻尼裝置以實現設備振動控制，但負載平臺與隔振器位移相一致(即不具備額外的內部振動自由度)，無法提供隔振器內部的局域共振機制，無法實現小變形振動情景下的非線性阻尼元件變形放大，不具備形成超材料隔振層建立寬頻低頻禁帶的能力。
7、專利cn114087308a公開了一種電磁式非光滑吸振器，包括：第一電磁鐵、第二電磁鐵、質量塊、套筒、電磁鐵供電模塊、導軌、連接桿、拉伸彈簧以及外框，所述第一電磁鐵安裝于所述套筒之中，質量塊的上底面以及下底面分別通過連接桿與一塊第二電磁鐵相連；質量塊的左側、外框左側內壁間安裝有拉伸彈簧，質量塊的右側、外框右側內壁間安裝有拉伸彈簧；導軌頂部與外框頂部內壁相連，導軌底部與外框底部內壁相連；與質量塊上底面相連的第二電磁鐵相連與安裝于外框頂部的第一電磁鐵極性相吸；與質量塊下底面相連的第二電磁鐵相連與安裝于外框底部的第一電磁鐵極性相吸。該專利的裝置雖然通過使用接近開關-固態(tài)繼電器來實現非線性吸振的效果，但該設計只能實現非光滑的單一變剛度點，無法實現變剛度點變形位置的可調可控，尚未涉及正剛度-準零剛度-負剛度時變機制，無法拓展具有可變剛度和電磁阻尼增效的超材料單胞構型。
技術實現思路
1、本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的至少一種缺陷而提供一種電磁鐵非線性變剛度單胞和超材料隔振支座，本專利技術實現超材料單胞中局域共振單元內剛度時變可控可調，實現了基于位移幅值的自適應帶隙調整和減振增強效果。
2、本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現：
3、本專利技術的技術方案之一在于，提供一種電磁鐵非線性變剛度單胞，該單胞包括電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元、輔助剛度調節(jié)構件、剛度調節(jié)及電渦流阻尼耗能構件，
4、所述電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元包括第一電磁鐵、第二電磁鐵和預壓彈簧，所述第一電磁鐵和第二電磁鐵通過預壓彈簧連接，
5、所述輔助剛度調節(jié)構件包括帶磁支座和中空套筒，所述電磁鐵通過彈簧與帶磁支座連接，
6、所述剛度調節(jié)及電渦流阻尼耗能構件包括通電導板和通磁導板，所述中空套筒上間隔設置有通電導板和通磁導板，所述電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元懸浮穿過中空套筒；
7、當電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元相對于中空套筒發(fā)生水平相對運動時，兩塊電磁鐵開始切割雙通電導板產生的磁感線，從而在電磁鐵內部產生感應電動勢，同時增加、減少甚至改變電磁鐵的磁性，電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元與左、右兩個帶磁支座之間的吸引力或排斥力隨著電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元的振動不斷變化，形成了變剛度；
8、兩塊電磁鐵之間的預壓彈簧與電磁鐵形成串聯，所述預壓彈簧的作用力增大兩塊電磁鐵之間的相對變形，即增大了負剛度的變形；
9、此外，所述中空套筒上的雙通磁導板與電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元還形成電渦流阻尼耗能機制，電磁鐵運動切割磁感線產生渦流場，電渦流與磁場相互作用產生的洛倫茲力會阻礙電磁鐵與磁場間的相對運動，同時電渦流會在電磁鐵中轉化為熱能耗散，進一步增加了電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元水平相對運動的穩(wěn)定性與阻尼耗能。
10、作為優(yōu)選的技術方案，控制中空套筒上通電導板中電流的方向、大小和頻率本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，該單胞包括電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元、輔助剛度調節(jié)構件、剛度調節(jié)及電渦流阻尼耗能構件，
2.根據權利要求1所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元包括第一電磁鐵(5)、第二電磁鐵(6)、第一預壓彈簧(14)和第二預壓彈簧(15)，所述第一電磁鐵(5)和第二電磁鐵(6)的內側端通過第一預壓彈簧(14)和第二預壓彈簧(15)連接，所述第一預壓彈簧(14)和第二預壓彈簧(15)并聯連接。
3.根據權利要求1所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述第一電磁鐵(5)和第二電磁鐵(6)均通過斜向彈簧和水平彈簧與帶磁支座連接，所述斜向彈簧和水平彈簧并聯連接。
4.根據權利要求3所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述輔助剛度調節(jié)構件包括第一帶磁支座(1)、第二帶磁支座(2)和中空套筒(19)，
5.根據權利要求4所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述中空套筒(19)的兩側設置有限位滑軌，該限位滑軌的兩端分別通過連接彈簧與帶磁支座
6.根據權利要求5所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述中空套筒(19)的兩側對向固定連接有第一限位滑軌(3)和第二限位滑軌(4)，
7.根據權利要求4所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述第一帶磁支座(1)的磁極、第一電磁鐵(5)的原始磁極、第二電磁鐵(6)的原始磁極和第二帶磁支座(2)的磁極彼此采用相反磁極。
8.根據權利要求1所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述剛度調節(jié)及電渦流阻尼耗能構件包括第一通電導板(7)、第二通電導板(8)、第一通磁導板(9)和第二通磁導板(10)，所述中空套筒(19)的兩側面對向固定連接有第一通電導板(7)和第二通電導板(8)，另一相鄰的兩側面對向固定連接有第一通磁導板(9)和第二通磁導板(10)。
9.一種超材料隔振支座，其特征在于，該支座包括減振模塊和端板，多個端板之間通過減振模塊串接，所述減振模塊包括多個如權利要求1至8中任一項所述的單胞并聯陣列；
10.根據權利要求9所述的一種超材料隔振支座，其特征在于，多個端板之間還通過支撐彈簧(27)串接，多個單胞和支撐彈簧(27)并聯陣列。
...【技術特征摘要】
1.一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，該單胞包括電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元、輔助剛度調節(jié)構件、剛度調節(jié)及電渦流阻尼耗能構件，
2.根據權利要求1所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述電磁鐵-彈簧-電磁鐵變剛度單元包括第一電磁鐵(5)、第二電磁鐵(6)、第一預壓彈簧(14)和第二預壓彈簧(15)，所述第一電磁鐵(5)和第二電磁鐵(6)的內側端通過第一預壓彈簧(14)和第二預壓彈簧(15)連接，所述第一預壓彈簧(14)和第二預壓彈簧(15)并聯連接。
3.根據權利要求1所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述第一電磁鐵(5)和第二電磁鐵(6)均通過斜向彈簧和水平彈簧與帶磁支座連接，所述斜向彈簧和水平彈簧并聯連接。
4.根據權利要求3所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述輔助剛度調節(jié)構件包括第一帶磁支座(1)、第二帶磁支座(2)和中空套筒(19)，
5.根據權利要求4所述的一種電磁鐵非線性變剛度單胞，其特征在于，所述中空套筒(19)的兩側設置有限位滑軌，該限位滑軌的兩端分別通過連接彈簧與帶磁支座連接。
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【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：趙志鵬，吳其倫，張兵兵，劉嘉曼，唐元辰，
申請(專利權)人：同濟大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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