自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器制造技术

本发明专利技术提供了一种自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器，包括：阻尼器部分、伺服控制部分、自适应变刚度部分、半主动变阻尼部分及健康监测部分，伺服控制部分统一控制自适应变刚度部分、半主动阻尼部分和健康监测部分；本发明专利技术的调谐质量阻尼器的频率可通过自适应变刚度部分进行调节，以实现调谐质量阻尼器竖向频率的实时控制；本发明专利技术用电涡流阻尼代替传统的黏滞阻尼，能够提高阻尼器的稳定性和耐久性，简化阻尼器的设计；本发明专利技术的阻尼力可由半主动变阻尼部分实时调节，以提高阻尼器的减振效果；本发明专利技术的调谐质量阻尼器及主结构的实时振动信号由健康监测部分实时储存、传输及分析，以确保主结构及调谐质量器的正常工作及安全性。

Intelligent Tuned Mass Damper with Adaptive Variable Stiffness and Semi-active Variable Damping

【技术实现步骤摘要】
自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器
本专利技术属于土木工程、振动控制
，具体涉及一种自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器。
技术介绍
在当今社会，调谐质量阻尼器因为有对原建筑结构改动小、施工方便、减振控制效果显著等优点而被广泛关注，并在国内外的建筑结构中都有应用，如台北101大厦、上海中心等。但传统的调谐质量阻尼器具有对频率的调谐敏感性的缺点，不仅建筑结构的自身损伤等会影响调谐质量阻尼器的减振效果，某些时候其自身的特性，如粘滞阻尼器的退化、弹簧的锈蚀或当建筑结构的某一构件作为调谐质量阻尼器的质量时质量的变化也会影响其控制效果。而且，设计时结构的自振频率估计值与其实际自振频率存在差异，因此，如何实现调谐质量阻尼器的自适应控制，使其能实时调节自身频率与结构的频率相近，以达到良好的减振效果，就成为了一个新的很有意义的研究方向。传统的支撑式调谐质量阻尼器采用液压黏滞阻尼器提供阻尼，在提供阻尼的同时，也会有一定刚度，无法做到刚度与阻尼的完全分离，影响设计分析。而且，液压黏滞阻尼器还存在漏油、不易养护、后期难以调节等问题，增加维护的难度和成本。电涡流阻尼是对液压黏滞阻尼的一大创新。电涡流阻尼器的原理是，导体质量块在运动时切割磁感线，根据法拉第电磁感应原理，在导体内就会产生感应电动势，形成电涡流，将振动能量转化为导体的热量，从而实现振动控制。电涡流阻尼器的优势在于：磁体与导体之间没有直接接触，无摩擦阻尼和磨损；不受温度等环境影响；不存在漏油等状况，易于维护且耐久性好。现有的电涡流调谐质量阻尼器不能调节自身频率及阻尼力的大小，当结构在风荷载、地震等作用下发生振动时，不合适的恢复力及阻尼力不但会造成阻尼器减振效果的欠佳，甚至可能使阻尼器产生反作用。因此，如何智能地调节阻尼器的恢复力及阻尼力至最佳值，是很值得研究的。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器。为达到上述目的，本专利技术的解决方案是：一种自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器，其包括：阻尼器部分、伺服控制部分、自适应变刚度部分、半主动变阻尼部分及健康监测部分，伺服控制部分统一控制自适应变刚度部分、半主动阻尼部分和健康监测部分。其中，阻尼器部分包括：质量块、弹簧、槽道和底板，弹簧的一端设置在底板上，弹簧的另一端连接质量块且质量块放置于弹簧上，质量块的中心开有槽道。伺服控制部分包括：加速度传感器I、加速度传感器II和控制器，加速度传感器I放置于质量块的顶部，用于测量质量块的竖向加速度，加速度传感器II吸附于底板上，底板放置于主结构的表面上，用于测量主结构的竖向加速度，加速度传感器I和加速度传感器II分别连接控制器。自适应变刚度部分包括：悬臂梁I、悬臂梁II、步进推拉杆I、步进推拉杆II和侧向钢板，侧向钢板与底板固定连接，步进推拉杆I的一端与其相邻的侧向钢板固定连接，步进推拉杆I的另一端与悬臂梁I的一端固定连接，悬臂梁I的另一端与质量块的左侧固定连接，质量块的右侧固定连接悬臂梁II的一端，悬臂梁II的另一端与步进推拉杆II的一端固定连接，步进推拉杆II的另一端与其相邻的侧向钢板固定连接，侧向钢板与底板固定连接。半主动变阻尼部分包括：永磁体、导体板、导磁钢板、步进推拉杆III、步进推拉杆IV和侧向钢板，质量块的前后两侧吸附永磁体，导体板对称设置于永磁体两侧，导磁钢板对称设置于导体板两侧，步进推拉杆III设置于质量块的后侧，并与其相邻的侧向钢板固定连接，步进推拉杆IV设置于质量块的前侧，并与其相邻的侧向钢板固定连接。健康监测部分包括数据储存及传输装置，数据储存及传输装置与控制器相连。优选地，步进推拉杆I和步进推拉杆II分别通过控制悬臂梁I和悬臂梁II在槽道中的长度，改变调谐质量阻尼器的刚度和频率。优选地，永磁体发生竖向振动时，与导体板发生切割磁感应线运动，通过导体板的发热耗能。优选地，控制器通过分析并处理加速度传感器I和加速度传感器II的加速度信号，得到调谐质量阻尼器的阻尼比。优选地，步进推拉杆III螺栓连接导磁钢板，步进推拉杆IV螺栓连接导磁钢板，通过控制步进推拉杆III和步进推拉杆IV的运动，从而改变导体板和永磁体的间隔距离，以及改变电涡流阻尼力的大小。优选地，数据储存及传输装置通过储存、传输及分析处理加速度传感器I和加速度传感器II的加速度信号，以确保主结构及调谐质量阻尼器的正常工作。优选地，永磁体的材料选自稀土永磁材料、钐钴、镍镉钴和铁氧体中的一种以上；导体板的材料选自铜和铝中的一种以上。优选地，悬臂梁I和悬臂梁II的材料分别选自钢材、铝合金和镁合金中的一种以上。优选地，步进推拉杆I和步进推拉杆II的距离为100-300mm。优选地，步进推拉杆III和步进推拉杆IV的距离为10-100mm。由于采用上述方案，本专利技术的有益效果是：第一、本专利技术的调谐质量阻尼器的频率可通过自适应变刚度部分进行调节，以实现调谐质量阻尼器竖向频率的实时控制。第二、本专利技术用电涡流阻尼代替传统的黏滞阻尼，能够提高阻尼器的稳定性和耐久性，简化阻尼器的设计；本专利技术的阻尼力可由半主动变阻尼部分实时调节，以提高阻尼器的减振效果。第三、本专利技术的调谐质量阻尼器及主结构的实时振动信号由健康监测部分实时储存、传输及分析，以确保主结构及调谐质量器的正常工作及安全性。附图说明图1为本专利技术的自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器的结构示意图。图2为本专利技术的自适应变刚度部分示意图。图3为本专利技术的半主动变阻尼部分示意图。附图标记：1-质量块，2-弹簧，3-永磁体，4-导体板，5-导磁钢板，6-槽道，7-悬臂梁I，8-悬臂梁II，9-步进推拉杆I，10-步进推拉杆II，11-步进推拉杆III，12-步进推拉杆IV，13-侧向钢板，14-底板，15-加速度传感器I，16-加速度传感器II，17-控制器和18-数据储存及传输装置。具体实施方式本专利技术提供了一种自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器。如图1所示，本专利技术的自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器包括：阻尼器部分、伺服控制部分、自适应变刚度部分、半主动变阻尼部分及健康监测部分，其中，伺服控制部分是本专利技术的调谐质量阻尼器的控制中心，统一控制自适应变刚度部分、半主动阻尼部分和健康监测部分。(阻尼器部分)实际上，阻尼器部分包括：质量块1、2个弹簧2、槽道6和底板14，弹簧2的一端设置在底板14上，弹簧2的另一端连接质量块1，即质量块1放置于2个弹簧2上，质量块1的中心开有槽道6。(伺服控制部分)伺服控制部分包括：加速度传感器I15、加速度传感器II16和控制器17，加速度传感器I15放置于(即吸附于)质量块1的顶部，用于测量质量块1的竖向加速度，加速度传感器II16吸附于底板14上，底板14放置于主结构的表面上，用于测量主结构的竖向加速度，加速度传感器I15和加速度传感器II16分别通过导线连接控制器17。(自适应变刚度部分)如图2所示，自适应变刚度部分包括：悬臂梁I7、悬臂梁II8、步进推拉杆I9、步进推拉杆II10和侧向钢板13，侧向钢板13与底板14焊接，步进推拉杆I9的一端与其相邻的侧向钢板13焊接，步进推拉杆I9的另一端与悬臂梁I7的一端焊接，悬臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器，其特征在于：其包括：阻尼器部分、伺服控制部分、自适应变刚度部分、半主动变阻尼部分及健康监测部分，所述伺服控制部分统一控制所述自适应变刚度部分、所述半主动阻尼部分和所述健康监测部分；所述阻尼器部分包括：质量块(1)、弹簧(2)、槽道(6)和底板(14)，所述弹簧(2)的一端设置在所述底板(14)上，所述弹簧(2)的另一端连接所述质量块(1)且质量块(1)放置于弹簧(2)上，所述质量块(1)的中心开有槽道(6)；所述伺服控制部分包括：加速度传感器I(15)、加速度传感器II(16)和控制器(17)，所述加速度传感器I(15)放置于所述质量块(1)的顶部，用于测量质量块(1)的竖向加速度，所述加速度传感器II(16)吸附于所述底板(14)上，底板(14)放置于主结构的表面上，用于测量主结构的竖向加速度，所述加速度传感器I(15)和加速度传感器II(16)分别连接所述控制器(17)；所述自适应变刚度部分包括：悬臂梁I(7)、悬臂梁II(8)、步进推拉杆I(9)、步进推拉杆II(10)和侧向钢板(13)，所述侧向钢板(13)与所述底板(14)固定连接，所述步进推拉杆I(9)的一端与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接，所述步进推拉杆I(9)的另一端与悬臂梁I(7)的一端固定连接，所述悬臂梁I(7)的另一端与所述质量块(1)的左侧固定连接，所述质量块(1)的右侧固定连接悬臂梁II(8)的一端，所述悬臂梁II(8)的另一端与步进推拉杆II(10)的一端固定连接，所述步进推拉杆II(10)的另一端与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接，所述侧向钢板(13)与所述底板(14)固定连接；所述半主动变阻尼部分包括：永磁体(3)、导体板(4)、导磁钢板(5)、步进推拉杆III(11)、步进推拉杆IV(12)和侧向钢板(13)，所述质量块(1)的前后两侧吸附所述永磁体(3)，所述导体板(4)对称设置于所述永磁体(3)两侧，所述导磁钢板(5)对称设置于所述导体板(4)两侧，所述步进推拉杆III(11)设置于所述质量块(1)的后侧，并与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接，所述步进推拉杆IV(12)设置于所述质量块(1)的前侧，并与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接；所述健康监测部分包括数据储存及传输装置(18)，所述数据储存及传输装置(18)与控制器(17)相连。...

【技术特征摘要】
1.一种自适应变刚度半主动变阻尼的智能调谐质量阻尼器，其特征在于：其包括：阻尼器部分、伺服控制部分、自适应变刚度部分、半主动变阻尼部分及健康监测部分，所述伺服控制部分统一控制所述自适应变刚度部分、所述半主动阻尼部分和所述健康监测部分；所述阻尼器部分包括：质量块(1)、弹簧(2)、槽道(6)和底板(14)，所述弹簧(2)的一端设置在所述底板(14)上，所述弹簧(2)的另一端连接所述质量块(1)且质量块(1)放置于弹簧(2)上，所述质量块(1)的中心开有槽道(6)；所述伺服控制部分包括：加速度传感器I(15)、加速度传感器II(16)和控制器(17)，所述加速度传感器I(15)放置于所述质量块(1)的顶部，用于测量质量块(1)的竖向加速度，所述加速度传感器II(16)吸附于所述底板(14)上，底板(14)放置于主结构的表面上，用于测量主结构的竖向加速度，所述加速度传感器I(15)和加速度传感器II(16)分别连接所述控制器(17)；所述自适应变刚度部分包括：悬臂梁I(7)、悬臂梁II(8)、步进推拉杆I(9)、步进推拉杆II(10)和侧向钢板(13)，所述侧向钢板(13)与所述底板(14)固定连接，所述步进推拉杆I(9)的一端与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接，所述步进推拉杆I(9)的另一端与悬臂梁I(7)的一端固定连接，所述悬臂梁I(7)的另一端与所述质量块(1)的左侧固定连接，所述质量块(1)的右侧固定连接悬臂梁II(8)的一端，所述悬臂梁II(8)的另一端与步进推拉杆II(10)的一端固定连接，所述步进推拉杆II(10)的另一端与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接，所述侧向钢板(13)与所述底板(14)固定连接；所述半主动变阻尼部分包括：永磁体(3)、导体板(4)、导磁钢板(5)、步进推拉杆III(11)、步进推拉杆IV(12)和侧向钢板(13)，所述质量块(1)的前后两侧吸附所述永磁体(3)，所述导体板(4)对称设置于所述永磁体(3)两侧，所述导磁钢板(5)对称设置于所述导体板(4)两侧，所述步进推拉杆III(11)设置于所述质量块(1)的后侧，并与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接，所述步进推拉杆IV(12)设置于所述质量块(1)的前侧，并与其相邻的所述侧向钢板(13)固定连接；所述健康监测部分包括数据储存及传输装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梁坤，施卫星，周颖，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31