一種非線性軌道式顆粒阻尼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非線性軌道式顆粒阻尼器，在一個(gè)或多個(gè)阻尼器腔體單元內(nèi)部填充顆粒，通過(guò)大小顆粒的多次碰撞以及質(zhì)量塊本身的振動(dòng)碰撞耗能，屬于土木結(jié)構(gòu)(包括高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)等)振動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)以其施工簡(jiǎn)單、操作方便、減振效果顯著等特點(diǎn)收到廣泛歡迎。同時(shí)，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器只在特定的頻帶范圍內(nèi)具有一定的減振效果，且附加質(zhì)量塊與主體結(jié)構(gòu)通過(guò)懸吊或滑動(dòng)支座的方式相連，只能在水平方向上提供一個(gè)自振頻率，而風(fēng)/地震等的振動(dòng)方向具有隨機(jī)性，使其實(shí)際應(yīng)用有一定的限制。而顆粒阻尼器(Particle Damping)同樣作為一種附加質(zhì)量被動(dòng)阻尼器，其原理是利用在振動(dòng)體中有限封閉空間內(nèi)填充的微小顆粒間摩擦與沖擊作用消耗系統(tǒng)振動(dòng)能量，具有耐久性好、可靠度高、對(duì)溫度變化不敏感，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，且顆粒阻尼器的阻尼作用并不受方向限制，這些優(yōu)點(diǎn)為顆粒阻尼器在工程實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用提供了可能。因此本發(fā)明在主結(jié)構(gòu)頂部設(shè)置質(zhì)量單元，同時(shí)在質(zhì)量塊上設(shè)置空腔，在其內(nèi)部填充顆粒，通過(guò)體系的運(yùn)動(dòng)以及顆粒群的摩擦、碰撞來(lái)轉(zhuǎn)移并耗散結(jié)構(gòu)的動(dòng)能，這樣，同時(shí)利用兩種阻尼器的耗能方式，提高了阻尼器的耗能效率，同時(shí)也加寬了阻尼器的減振頻率。
[0003]然而顆粒阻尼器也有自身的不足，比如傳統(tǒng)的顆粒阻尼器內(nèi)顆粒堆疊在一起，限制了顆粒的運(yùn)動(dòng)能力，顆粒與腔體的碰撞多為彈性碰撞，碰撞耗能能力有限等。因此，本發(fā)明設(shè)置多個(gè)阻尼腔體單元，環(huán)向均勻?qū)ΨQ(chēng)分布于體系四周，將原本堆積在一處的顆粒分散開(kāi)來(lái)，使顆粒充分運(yùn)動(dòng)、碰撞，提高耗能效率，同時(shí)質(zhì)量腔體布于體系四周有利于阻尼器的啟動(dòng)，能夠加劇阻尼器的運(yùn)動(dòng)，增加了能量的轉(zhuǎn)移和耗散量。
[0004]本發(fā)明結(jié)合質(zhì)量阻尼器和顆粒阻尼器的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)混合形式的耗能，做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而形成一種具有成本低廉、安裝方便、耗能效果及耐久性好、減振頻率寬等優(yōu)點(diǎn)的新型阻尼器，具有工程實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種非線性軌道式顆粒阻尼器，該裝置在傳統(tǒng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，在轉(zhuǎn)軸周?chē)h(huán)向?qū)ΨQ(chēng)設(shè)置8個(gè)阻尼腔體單元，同時(shí)在腔體內(nèi)設(shè)置顆粒群。本阻尼器結(jié)合質(zhì)量阻尼器及顆粒阻尼器的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)造簡(jiǎn)單、消能減震效果好。在風(fēng)或地震作用下，該裝置能提供更寬的減振頻率，同時(shí)通過(guò)顆粒群的摩擦、碰撞以及質(zhì)量體系自身的振動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)移并耗散結(jié)構(gòu)的動(dòng)能。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案。
[0007]本發(fā)明提出的一種非線性軌道式顆粒阻尼器，包括外軌道1、滾輪2、緩沖元件3、阻尼腔體單元4和顆粒群5，其中:兩條外軌道1平行布置，分別通過(guò)固定裝置與主體系統(tǒng)相連，兩個(gè)滾輪2通過(guò)中心轉(zhuǎn)軸相連，分別擱置于相應(yīng)的外軌道1上，緩沖元件3固定于外軌道兩端，用于對(duì)滾輪2進(jìn)行限位，防止運(yùn)動(dòng)幅度過(guò)大時(shí)產(chǎn)生脫軌問(wèn)題，阻尼器腔體單元4共有8個(gè)，以中心轉(zhuǎn)軸為中心環(huán)向均勻?qū)ΨQ(chēng)布置，每個(gè)阻尼器腔體單元4內(nèi)部布置一層顆粒群5，顆粒群5由圓形或形狀不規(guī)則的顆粒組成。外軌道1表面采用曲面結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)具有良好的復(fù)位功能和自動(dòng)限位能力，外軌道1表層敷設(shè)有緩沖材料，便于滾輪運(yùn)動(dòng)，同時(shí)增加能量的轉(zhuǎn)移和耗散。本發(fā)明利用軌道的非線性曲面形成的非線性控制力，系統(tǒng)滾輪自身的振動(dòng)以及阻尼器腔體單元內(nèi)顆粒群的摩擦碰撞等方式進(jìn)行耗能，同時(shí)將阻尼腔體單元外置，有利于加劇阻尼腔體單元的滾動(dòng)，增加耗能，使本系統(tǒng)的效率更高，此外，非線性的曲面軌道設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具有良好的復(fù)位功能和自動(dòng)限位能力。
[0008]本發(fā)明中，阻尼腔體單元4通過(guò)連桿連接在中心轉(zhuǎn)軸外側(cè)，利于滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，增加耗能。
[0009]本發(fā)明中，顆粒群5由若干圓形或不規(guī)則顆粒組成，所述顆粒是金屬球、混凝土球或陶瓷球中的任一種或多種；顆粒截面尺寸為2mm~50mm ;顆粒群5在水平面投影面積為阻尼器腔體單元4水平面積的20%-100%。
[0010]本發(fā)明中，所述每個(gè)阻尼器腔體單元4均為長(zhǎng)方體或球體結(jié)構(gòu)。
[0011]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下:
1)本發(fā)明通過(guò)在豎直面內(nèi)將8個(gè)阻尼腔體單元沿中心轉(zhuǎn)軸環(huán)向均勻?qū)ΨQ(chēng)布置，使傳統(tǒng)阻尼器中堆疊在一起的顆粒群分散開(kāi)來(lái)，利于在運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)充分的碰撞摩擦耗能，且將阻尼腔體及顆粒群外設(shè)利于系統(tǒng)的啟動(dòng)，使耗能效率更加提高。
[0012]2)本發(fā)明中采用非線性曲面設(shè)計(jì)的軌道，使系統(tǒng)具有良好的復(fù)位功能和自動(dòng)限位能力，同時(shí)軌道表面敷設(shè)緩沖材料，提高了阻尼器的耗能效率。
[0013]3)本發(fā)明在軌道端部設(shè)置了緩沖元件，在滾輪運(yùn)動(dòng)到達(dá)軌道端部時(shí)限制其運(yùn)動(dòng)，以防阻尼器運(yùn)動(dòng)幅度過(guò)大時(shí)出現(xiàn)脫軌問(wèn)題，提高阻尼器作用的耐久性及穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明一種非線性軌道式顆粒阻尼器的正視圖；
圖2為本發(fā)明一種非線性軌道式顆粒阻尼器的俯視圖；
圖3為本發(fā)明一種非線性軌道式顆粒阻尼器的側(cè)視圖。
[0015]圖中標(biāo)號(hào):1為外軌道、2為滾輪、3為緩沖元件、4為阻尼腔體單元、5為顆粒群。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0017]實(shí)施例1:如圖1所示，為本發(fā)明的一種非線性軌道式顆粒阻尼器實(shí)施例，其主要包括外軌道1、滾輪2、緩沖元件3、阻尼腔體單元4和顆粒群5。
[0018]外軌道1為非線性的曲面設(shè)計(jì)，并通過(guò)固定裝置與主體系統(tǒng)相連，表面敷設(shè)緩沖材料，滾輪2通過(guò)中心轉(zhuǎn)軸連接并擱置在外軌道1上，環(huán)向?qū)ΨQ(chēng)布置的阻尼腔體單元4與中心轉(zhuǎn)軸相連，阻尼器腔體單元4為個(gè)長(zhǎng)方體或球體結(jié)構(gòu)，每個(gè)阻尼器腔體單元4內(nèi)部布置一層顆粒群5，顆粒群5由圓形或形狀不規(guī)則的顆粒組成，材料可以是金屬、混凝土、玻璃或陶瓷中的任一種或多種。系統(tǒng)結(jié)合了質(zhì)量阻尼器和顆粒阻尼器的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)軌道的非線性曲面形成的非線性控制力，顆粒群的摩擦、碰撞以及腔體單元自身的振動(dòng)來(lái)轉(zhuǎn)移并耗散結(jié)構(gòu)的能量。
[0019]通過(guò)對(duì)實(shí)施例1裝置的研究發(fā)現(xiàn)，附加該非線性軌道式顆粒阻尼器之后，主體結(jié)構(gòu)的減振率可以達(dá)到60%，而傳統(tǒng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振率一般在30%左右，且其在風(fēng)振和地震作用下均有較好的效果，相比之下，對(duì)于風(fēng)振的減振效果更優(yōu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非線性軌道式顆粒阻尼器，包括外軌道(1)、滾輪(2)、緩沖元件(3)、阻尼腔體單元(4)和顆粒群(5)，其特征在于:兩條外軌道(1)平行布置，分別通過(guò)固定裝置與主體系統(tǒng)相連，兩個(gè)滾輪(2)通過(guò)中心轉(zhuǎn)軸相連，分別擱置于相應(yīng)的外軌道(1)上，緩沖元件(3)固定于外軌道兩端，用于對(duì)滾輪(2 )進(jìn)行限位；阻尼器腔體單元(4)共有8個(gè)，以中心轉(zhuǎn)軸為中心環(huán)向均勻?qū)ΨQ(chēng)布置，每個(gè)阻尼器腔體單元(4)內(nèi)部布置一層顆粒群(5)，顆粒群(5)由圓形或形狀不規(guī)則的顆粒組成；外軌道(1)表面采用非線性的曲面結(jié)構(gòu)，外軌道(1 )表層敷設(shè)有緩沖材料，便于滾輪運(yùn)動(dòng)，同時(shí)增加能量的轉(zhuǎn)移和耗散；所述顆粒阻尼器利用軌道的非線性曲面形成的非線性控制力，滾輪自身的振動(dòng)以及阻尼器腔體單元內(nèi)顆粒群的摩擦碰撞進(jìn)行耗能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非線性軌道式顆粒阻尼器，其特征在于:阻尼腔體單元(4)通過(guò)連桿連接在中心轉(zhuǎn)軸外側(cè)，利于滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，增加耗能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非線性軌道式顆粒阻尼器，其特征在于:顆粒群(5)由若干圓形或不規(guī)則顆粒組成，所述顆粒是金屬球、混凝土球或陶瓷球中的任一種或多種；顆粒截面尺寸為2_~50_ ;顆粒群(5)在水平面投影面積為阻尼器腔體單元(4)水平面積的20%-100%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種非線性軌道式顆粒阻尼器，其特征在于:所述每個(gè)阻尼器腔體單元(4 )均為長(zhǎng)方體或球體結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種非線性軌道式顆粒阻尼器，包括外軌道、滾輪、緩沖元件、阻尼腔體單元和顆粒群。外軌道通過(guò)固定裝置與主體系統(tǒng)相連，軌道上敷設(shè)緩沖材料，緩沖元件設(shè)于軌道端部，對(duì)滾輪進(jìn)行限位，阻尼腔體單元為單個(gè)的長(zhǎng)方體或球體結(jié)構(gòu)，共8個(gè)，每個(gè)阻尼腔體單元內(nèi)部布置一層顆粒群，顆粒群由圓形或形狀不規(guī)則的金屬或非金屬顆粒組成。本發(fā)明利用阻尼器質(zhì)量體自身的振動(dòng)以及腔體內(nèi)顆粒的摩擦碰撞等方式進(jìn)行耗能，且將阻尼腔體單元外置，有利于加劇系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，增加耗能，使本系統(tǒng)的耗能效率更高，此外，非線性的曲面軌道設(shè)計(jì)使系統(tǒng)具有良好的復(fù)位功能和自動(dòng)限位能力。
【IPC分類(lèi)】E01D19/00, E04B1/98
【公開(kāi)號(hào)】CN105239692
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510699077
【發(fā)明人】魯正, 楊玉玲, 張澤楠
【申請(qǐng)人】同濟(jì)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日