本發(fā)明涉及減振裝置，特別涉及一種屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)空氣阻尼減振裝置。

背景技術(shù)：

1、阻尼，作為動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中一個(gè)至關(guān)重要的概念，其核心作用在于通過(guò)一系列物理機(jī)制——包括但不限于摩擦、粘滯效應(yīng)、電阻以及材料內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)耗散等，將系統(tǒng)內(nèi)部積累的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能并釋放到環(huán)境中，從而有效地抑制或減緩系統(tǒng)的振動(dòng)幅度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。這種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程不僅是機(jī)械能向熱能的轉(zhuǎn)變，更是對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為進(jìn)行有效調(diào)控的關(guān)鍵手段。

2、阻尼器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，其耗能效率的高低不僅僅受限于其本身的材料特性、幾何形狀、結(jié)構(gòu)布局等固有屬性，還深受其工作環(huán)境中與周圍結(jié)構(gòu)相互作用的影響，特別是阻尼器兩端相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度、加速度以及位移量等動(dòng)態(tài)參數(shù)。通常而言，當(dāng)阻尼器的剛度適當(dāng)降低時(shí)，意味著其對(duì)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的約束減弱，從而允許更大幅度的相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生。這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)直接促進(jìn)了阻尼機(jī)制的激活，使得更多的動(dòng)能被轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，進(jìn)而提升了阻尼器的耗能效率，對(duì)于減振降噪、保護(hù)結(jié)構(gòu)免受過(guò)大應(yīng)力損傷具有重要意義。

3、然而，當(dāng)阻尼器被應(yīng)用于柔性結(jié)構(gòu)(如高層建筑、橋梁、航空航天器等)中時(shí)，情況變得更為復(fù)雜。柔性結(jié)構(gòu)的顯著特點(diǎn)是其低剛度和易變形性，這要求阻尼器在提供有效阻尼的同時(shí)，必須兼顧結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。此時(shí)，阻尼器的剛度特性若設(shè)計(jì)不當(dāng)，就會(huì)使阻尼器在特定條件下與柔性結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生過(guò)度耦合，導(dǎo)致阻尼器本身的運(yùn)動(dòng)受限，進(jìn)而削弱了其對(duì)主結(jié)構(gòu)振動(dòng)抑制的能力。

4、liu?x(liu?x,huang?x,hua?h.on?the?characteristics?of?aquasi-zerostiffness?isolator?using?euler?buckled?beam?as?negative?stiffness?corrector[j].journal?of?sound?and?vibration,2013,332(14):3359-3376.)提出了一種準(zhǔn)零剛度吸振器，利用預(yù)應(yīng)力歐拉梁在屈曲過(guò)程中的負(fù)剛度特性與正剛度彈簧串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)零剛度。但該吸振器工作行程小，當(dāng)吸振器驅(qū)動(dòng)行程變大時(shí)，歐拉梁容易因預(yù)應(yīng)力發(fā)生失穩(wěn)，發(fā)生彎曲變形，無(wú)法自主回到初始工作狀態(tài)。

5、談加旭(談加旭,陳林,孫利民.斜拉索附加具有負(fù)剛度的摩擦阻尼器的減振研究[c]//中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)結(jié)構(gòu)工程專業(yè)委員會(huì),遼寧工程技術(shù)大學(xué),中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)《工程力學(xué)》編委會(huì),清華大學(xué)土木工程系,水圈科學(xué)與水利工程全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.第33屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(第ⅱ冊(cè)).同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院；同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)減災(zāi)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；上海期智研究院；,2024:7.doi:10.26914/c.cnkihy.2024.023384.)提出了一種具有負(fù)剛度效應(yīng)的摩擦阻尼器，通過(guò)預(yù)壓彈簧實(shí)現(xiàn)負(fù)剛度同時(shí)提供摩擦面的預(yù)壓力，提升了摩擦阻尼器對(duì)斜拉索的減振效果。但該摩擦阻尼器預(yù)壓縮彈簧有效負(fù)剛度區(qū)域小，徑向尺寸大，對(duì)繩索預(yù)應(yīng)力變化的適應(yīng)能力弱；摩擦面小，摩擦耗能作用有限；摩擦?xí)斐稍O(shè)備損傷，裝置的壽命短。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供了一種屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)空氣阻尼減振裝置，負(fù)剛度元件(屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu))與阻尼元件(空氣阻尼、密封圈摩擦阻尼)并聯(lián)，再分別與兩個(gè)正剛度元件(內(nèi)壓簧、外拉簧)串聯(lián)；通過(guò)將負(fù)剛度元件與阻尼元件相連，促進(jìn)阻尼元件兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)阻尼耗能作用；通過(guò)內(nèi)部質(zhì)量與輸出端質(zhì)量、負(fù)剛度與正剛度系數(shù)的合理設(shè)計(jì)，發(fā)揮質(zhì)量與剛度的調(diào)諧作用，顯著提高阻尼增強(qiáng)效果；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理，顯著提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，具有優(yōu)異的承載能力、增強(qiáng)的阻尼效果、良好的回彈能力。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)空氣阻尼減振裝置，包括中殼體1，所述中殼體1的上端和下端分別通過(guò)密封圈2活動(dòng)連接有上殼體3和下殼體4，上殼體3和下殼體4之間沿中殼體1的外側(cè)均勻環(huán)設(shè)有多個(gè)外拉簧5；所述中殼體1包括殼身100，殼身100內(nèi)固定設(shè)置有隔板101，隔板101的下端面固定設(shè)置有球狀連接件102，所述隔板101與球狀連接件102之間開設(shè)有透氣孔103；所述中殼體1的隔板101上端面與上殼體3之間固定設(shè)置有屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8，所述中殼體1的球狀連接件102通過(guò)螺紋與閥門9相連接，閥門9周身環(huán)設(shè)有內(nèi)壓簧10，內(nèi)壓簧10通過(guò)限位件11限位并抵接在中殼體1的隔板101下端面和下殼體4之間。

4、進(jìn)一步地，所述上殼體3頂部開設(shè)有凹槽6，凹槽6內(nèi)通過(guò)螺紋與端子7相連接。

5、進(jìn)一步地，所述屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8包括基座81，基座81沿圓周均勻設(shè)置有多個(gè)支撐柱82，基座81中心設(shè)置有基臺(tái)83，相鄰兩個(gè)支撐柱82的內(nèi)壁上側(cè)和基臺(tái)83的外壁上側(cè)分別與相應(yīng)的斜側(cè)板84相連接，斜側(cè)板84與豎向柱85的下端相連接，豎向柱85的頂端設(shè)置有上平臺(tái)86；所述基座81中心開設(shè)有第一通孔87，所述基臺(tái)83的中心開設(shè)有第二通孔88。

6、進(jìn)一步地，所述基座81的半徑為r，支撐柱82的高度為h3，斜側(cè)板84的長(zhǎng)度為l，斜側(cè)板84與基座81水平面的夾角為β，豎向柱85的高度為h1，上平臺(tái)86的邊長(zhǎng)為d；上述參數(shù)滿足以下要求：h1＝h3；10°≤β≤60°。

7、進(jìn)一步地，所述第一通孔87、第二通孔88與透氣孔103彼此相連通。

8、進(jìn)一步地，所述中殼體1的隔板101與上殼體3之間形成一個(gè)密閉空間。

9、進(jìn)一步地，所述閥門9背離球狀連接件102的一側(cè)上設(shè)有一字槽或十字槽。

10、進(jìn)一步地，所述內(nèi)壓簧10的剛度為kp>0，外拉簧5的剛度為ks'>0，屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8的剛度為kn<0，中殼體1的質(zhì)量為mi，上殼體3和端子7的質(zhì)量之和為mo，滿足下述式(a)來(lái)保證所述屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)空氣阻尼減振裝置具有一定靜承載能力：

11、

12、其中：ks表示總體剛度，剛度越大，靜承載能力越強(qiáng)；

13、滿足下述式(b)來(lái)保證所述屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)空氣阻尼減振裝置的動(dòng)力穩(wěn)定性：

14、

15、進(jìn)一步地，所述屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8的材質(zhì)為熱塑性聚氨酯彈性體(tpu)。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

17、1.本發(fā)明通過(guò)將負(fù)剛度元件(屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8)與阻尼元件(空氣阻尼、密封圈摩擦阻尼)相連，促進(jìn)阻尼元件兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，解決了阻尼器應(yīng)用于柔性結(jié)構(gòu)時(shí)運(yùn)動(dòng)受限的問(wèn)題。

18、2.本發(fā)明通過(guò)將屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8與阻尼元件(空氣阻尼、密封圈摩擦阻尼)并聯(lián)，再與內(nèi)壓簧10串聯(lián)，最后再與外拉簧5串聯(lián)，整體結(jié)構(gòu)符合式(a)的正剛度條件，解決了負(fù)剛度阻尼增強(qiáng)結(jié)構(gòu)承載能力差、回彈能力弱的問(wèn)題，使得結(jié)構(gòu)具有阻尼增強(qiáng)效應(yīng)的同時(shí)，還具有一定的靜承載能力；同時(shí)整體結(jié)構(gòu)也符合式(b)的動(dòng)力穩(wěn)定性條件，解決了動(dòng)載荷作用下，因動(dòng)力失穩(wěn)造成的結(jié)構(gòu)振動(dòng)幅值被放大的問(wèn)題；該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，設(shè)計(jì)合理，顯著提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，具有優(yōu)異的承載能力、增強(qiáng)的阻尼效果、良好的回彈能力。

19、3.本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)在滿足正剛度條件式(a)和動(dòng)力穩(wěn)定性條件式(b)的前提下可以根據(jù)被控系統(tǒng)動(dòng)力特性進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，具有更好的適應(yīng)性和通用性。

20、4.本發(fā)明提出了一種屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8，該結(jié)構(gòu)在壓縮行程內(nèi)呈現(xiàn)出負(fù)剛度特性，通過(guò)將屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)固定設(shè)置在中殼體1的隔板101上端面與上殼體101之間，使其在結(jié)構(gòu)振動(dòng)過(guò)程中，呈現(xiàn)出促進(jìn)阻尼器兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增大了結(jié)構(gòu)的表觀阻尼。

21、5.本發(fā)明的屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8實(shí)現(xiàn)了在小體積內(nèi)，盡可能多的布置屈曲梁，增強(qiáng)了整體結(jié)構(gòu)剛度。

22、綜上所述，本發(fā)明提出了一種負(fù)剛度、正剛度和阻尼元件復(fù)合系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。負(fù)剛度元件(屈曲梁蜂窩結(jié)構(gòu)8)與阻尼元件(空氣阻尼、密封圈摩擦阻尼)并聯(lián)，再分別與兩個(gè)正剛度元件(內(nèi)壓簧10、外拉簧5)串聯(lián)；通過(guò)將負(fù)剛度元件與阻尼元件相連，促進(jìn)阻尼元件兩端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)阻尼耗能作用；通過(guò)內(nèi)部質(zhì)量與輸出端質(zhì)量、負(fù)剛度與正剛度系數(shù)的合理設(shè)計(jì)，發(fā)揮質(zhì)量與剛度的調(diào)諧作用，顯著提高阻尼增強(qiáng)效果，可廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、航空航天和機(jī)械設(shè)備的減振等技術(shù)領(lǐng)域。