專利名稱：一種桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑減振降噪技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及桁架結(jié)構(gòu)中顆粒阻尼器。
背景技術(shù)：
改革開放三十年來，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和綜合國力的提高，我國空間結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平也得到了長足的進(jìn)步，正趕超國際先進(jìn)水平。空間結(jié)構(gòu)的社會(huì)需求和工程應(yīng)用逐年增加，特別是近幾年，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和一系列國家重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的開展，我國在近十年內(nèi)仍將建設(shè)一批大型海洋采油、采氣的海洋平臺(tái)和一大批高標(biāo)準(zhǔn)、高規(guī)格的體育場(chǎng)館、展覽館、機(jī)場(chǎng)航站樓等社會(huì)公共建筑，這將給我國空間結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步發(fā)展帶來 良好的契機(jī)，同時(shí)也對(duì)我國空間結(jié)構(gòu)技術(shù)水平提出了更高的要求。桁架結(jié)構(gòu)作為空間結(jié)構(gòu)的一種重要結(jié)構(gòu)形式，該結(jié)構(gòu)體系在海洋平臺(tái)、各種大型體育場(chǎng)館、影劇院、會(huì)展中心、機(jī)場(chǎng)候機(jī)樓及各類工業(yè)廠房等建筑中得到了廣泛的應(yīng)用。尤其在汶川大地震后，建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能受到了社會(huì)的極大關(guān)注。如何提高桁架結(jié)構(gòu)的抗震性能具有重要的工程價(jià)值和社會(huì)意義。顆粒阻尼是在沖擊阻尼的基礎(chǔ)上發(fā)展的阻尼形式，是在結(jié)構(gòu)內(nèi)部適當(dāng)位置加工出一系列孔腔，然后在這些孔腔中填入顆粒(如碳化鎢、沙粒、鋼球等)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)，通過結(jié)構(gòu)孔壁與顆粒的接觸、碰撞作用將其部分動(dòng)能傳遞給顆粒，顆粒在結(jié)構(gòu)的孔腔中運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而發(fā)生顆粒之間、顆粒與結(jié)構(gòu)孔壁之間的摩擦和碰撞，這些摩擦與碰撞作用將導(dǎo)致能量損耗，降低結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量，減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)幅值，從而達(dá)到增大系統(tǒng)阻尼的目的。顆粒阻尼不需要改變結(jié)構(gòu)的外形尺寸且基本不增加附加質(zhì)量，并且減振頻帶較寬，且具有抗老化、耐高低溫等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其阻尼特性不受溫度影響。因此，顆粒阻尼具有用于各類結(jié)構(gòu)減振的前景，但是目前顆粒阻尼在海洋平臺(tái)等建筑結(jié)構(gòu)中的桁架減振方面的研究和應(yīng)用在國內(nèi)外尚未受到重視。目前關(guān)于顆粒阻尼器減振的專利CN200710052142. 2“一種滾筒洗衣機(jī)寬帶彈性顆粒阻尼器”和專利CN200910007476. 7 “非阻塞性微顆粒阻尼隔聲套”等都介紹的是一種被動(dòng)式顆粒阻尼裝置，這類被動(dòng)隔振裝置在多工況條件下的適應(yīng)性較差，尤其是不能有效地對(duì)低頻振動(dòng)進(jìn)行隔離。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述現(xiàn)有存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，它能滿足結(jié)構(gòu)更寬振動(dòng)頻率下的減振效果。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，所述桁架結(jié)構(gòu)連接有被減振結(jié)構(gòu)，該減振裝置包括填充在桁架結(jié)構(gòu)空腔鋼管內(nèi)的導(dǎo)磁金屬顆粒、纏繞在空腔鋼管外壁的線圈、與線圈連接的電流控制模塊、設(shè)置在被減振結(jié)構(gòu)上的拾振傳感器、和直流電源模塊，其中所述電流控制模塊接收拾振傳感器發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)過處理后控制直流電源模塊對(duì)線圈輸出相應(yīng)電流。
本發(fā)明原理主要是由電流控制模塊根據(jù)測(cè)取的振動(dòng)結(jié)構(gòu)響應(yīng)計(jì)算出其主要振動(dòng)頻率，然后給半主動(dòng)顆粒阻尼器合適的控制電流，使得半主動(dòng)顆粒阻尼器在此頻段內(nèi)具有最佳阻尼比，從而達(dá)到更好的減振降噪效果。作為優(yōu)選，所述直流控制模塊采用DSP控制器，從而能快速對(duì)采集的振動(dòng)信號(hào)加以分析處理，使得減振系統(tǒng)對(duì)外界激勵(lì)反應(yīng)迅速，具有很好的減振的效果。作為優(yōu)選，所述導(dǎo)磁金屬顆粒的填充率為30% 90% (100%填充率是指顆粒阻尼器中顆粒填滿時(shí)的狀態(tài))。作為優(yōu)選，所述直流電源模塊包括直流電源和恒流源電路，所述直流電源提供直流電，而恒流源電路根據(jù)DSP控制器發(fā)出的控制信號(hào)將該直流電轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電流輸送給線圈，使得顆粒阻尼器的工作頻率與被減振結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率相同，從而使得顆粒阻尼器中的顆粒達(dá)到共振狀態(tài)，此時(shí)顆粒之間會(huì)發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦，消耗整個(gè)系統(tǒng)的能量，從而達(dá)到跟蹤振動(dòng)頻率，起到較好減振效果。作為優(yōu)選，所述半主動(dòng)顆粒阻尼器僅安裝在桁架結(jié)構(gòu)振動(dòng)較大的位置，從而可以以最少的成本獲得最大的減振效果。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)能跟蹤被減振結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率迅速調(diào)節(jié)顆粒阻尼器的最佳阻尼比，從而提高其在更寬頻帶范圍內(nèi)的減振性能；且本裝置結(jié)構(gòu)簡單、無需額外空間，適應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意其中，被減振結(jié)構(gòu)I、桁架結(jié)構(gòu)2、導(dǎo)磁金屬顆粒3、線圈4、電流控制模塊5、拾振傳感器
6、直流電源模塊7、恒流源電路8、直流電源9、減振器10、基座11。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖I所示，一種桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，包括與被減振結(jié)構(gòu)I連接的桁架結(jié)構(gòu)2和安裝在桁架結(jié)構(gòu)2上的半主動(dòng)顆粒阻尼器，該半主動(dòng)顆粒阻尼器包括填充在桁架結(jié)構(gòu)2中鋼管內(nèi)腔的導(dǎo)磁金屬顆粒3和對(duì)導(dǎo)磁金屬顆粒3作用的磁場(chǎng)發(fā)生器，其中導(dǎo)磁金屬顆粒3的填充率在50%左右；所述磁場(chǎng)發(fā)生器包括纏繞在桁架結(jié)構(gòu)2鋼管外壁的通電線圈4、直流電源9模塊7、電流控制模塊5和拾振傳感器6，其中纏繞在鋼管外壁的通電線圈4導(dǎo)線直徑為0. 2 I. 5mm，線圈4匝數(shù)在200 2000之間，而直流電源9模塊7包括恒流源電路8和提供直流電的直流電源9，該恒流源電路8分別于通電線圈4和采用DSP 控制器的電流控制模塊5連接，而拾振傳感器6設(shè)置在被減振結(jié)構(gòu)I上。其工作原理是拾振傳感器6將采集到振動(dòng)信號(hào)傳送給DSP控制器，而DSP控制器按事先設(shè)置好的控制算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理后輸出相應(yīng)的電壓控制信號(hào)，從而控制恒流源電路8輸給通電線圈4 相應(yīng)的電流大小，達(dá)到改變顆粒阻尼器的阻尼特性作用，實(shí)現(xiàn)桁架結(jié)構(gòu)2的半主動(dòng)控制。 本發(fā)明的適用對(duì)象為可以采用桁架結(jié)構(gòu)2支撐的振動(dòng)結(jié)構(gòu)，如體育場(chǎng)等建筑物、海洋平臺(tái)桁架結(jié)構(gòu)、船用動(dòng)力設(shè)備等場(chǎng)合。拾振傳感器6可以同時(shí)測(cè)取基礎(chǔ)和被減振結(jié)構(gòu)等多路振動(dòng)信號(hào)，將多路振動(dòng)信號(hào)同時(shí)輸入到DSP控制器中，從而進(jìn)行控制。需要指明的是，桁架結(jié)構(gòu)2是通過減振器分別與被減振結(jié)構(gòu)I和基座11連接，通常情況是采用四點(diǎn)支撐方式，即均勻分別設(shè)置四個(gè)減振器10將兩者連接。桁架結(jié)構(gòu)2的所有部位均可以根據(jù)需要，在其鋼管空間內(nèi)設(shè)置顆粒阻尼器，以提高系統(tǒng)的減振效果，為了降低成本，可以只在振動(dòng)較大位置設(shè)置半主動(dòng)顆粒阻尼器。在實(shí)施過程中，DSP控制器中的控制程序根據(jù)拾振傳感器6測(cè)取的振動(dòng)信號(hào)計(jì)算 得到被減振結(jié)構(gòu)I (減振保護(hù)對(duì)象)的振動(dòng)頻率，并輸出相應(yīng)的電壓控制信號(hào)給恒流源電路8，控制直流電源9提供給半主動(dòng)顆粒阻尼器的電流，從而可以使得其工作頻率與被減振結(jié)構(gòu)I的振動(dòng)頻率相同，使得顆粒阻尼器中的顆粒達(dá)到共振狀態(tài)，此時(shí)顆粒阻尼器中的顆粒之間發(fā)生劇烈的碰撞和摩擦，消耗整個(gè)系統(tǒng)的能量，從而達(dá)到跟蹤振動(dòng)頻率，起到減振效果。填充顆粒的桁架用可以通電的線圈4密實(shí)纏繞，線圈4的通電電流大小為0-1. O安培，線圈4中電流的大小決定了顆粒間接觸力的大小，調(diào)節(jié)電流可以改變顆粒阻尼器的壓力分布狀態(tài)，結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，能達(dá)到調(diào)節(jié)控制顆粒阻尼性能使其具有最佳的阻尼比，在減振系統(tǒng)中起到最佳的減振效果。
權(quán)利要求
1.一種桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，所述桁架結(jié)構(gòu)(2)連接有被減振結(jié)構(gòu) (1)，其特征在于包括填充在桁架結(jié)構(gòu)(2)空腔鋼管內(nèi)的導(dǎo)磁金屬顆粒(3)、纏繞在空腔鋼管外壁的線圈(4)、與線圈(4)連接的電流控制模塊(5)、設(shè)置在被減振結(jié)構(gòu)(I)上的拾振傳感器(6)、和直流電源模塊(7)，其中所述電流控制模塊(5)接收拾振傳感器(6)發(fā)出的振動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)過分析處理后控制直流電源模塊(7)對(duì)線圈(4)輸出相應(yīng)電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，其特征在于所述直流控制模塊采用DSP控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，其特征在于所述導(dǎo)磁金屬顆粒(3)的填充率為30% 90%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，其特征在于所述直流電源模塊(7 )包括直流電源(9 )和恒流源電路(8 )，所述直流電源(9 )提供直流電，而恒流源電路(8)根據(jù)DSP控制器發(fā)出的控制信號(hào)將該直流電轉(zhuǎn)換成相應(yīng)電流輸送給線圈(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，其特征在于所述半主動(dòng)顆粒阻尼器僅安裝在桁架結(jié)構(gòu)振動(dòng)較大的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種桁架結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)顆粒阻尼減振裝置，所述桁架結(jié)構(gòu)連接有被減振結(jié)構(gòu)，該減振裝置包括填充在桁架結(jié)構(gòu)空腔鋼管內(nèi)的導(dǎo)磁金屬顆粒、纏繞在空腔鋼管外壁的線圈、與線圈連接的電流控制模塊、設(shè)置在被減振結(jié)構(gòu)上的拾振傳感器、和直流電源模塊，其中所述電流控制模塊接收拾振傳感器拾取的振動(dòng)信號(hào)，并經(jīng)過處理后控制直流電源模塊對(duì)線圈輸出相應(yīng)電流。本發(fā)明能跟蹤被減振結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率并迅速調(diào)節(jié)顆粒阻尼器的最佳阻尼比，從而提高其在更寬的頻帶范圍內(nèi)的減振性能；且本裝置結(jié)構(gòu)簡單、無需額外空間，適應(yīng)性強(qiáng)。
文檔編號(hào)E04B1/98GK102619293SQ20121010461
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者夏兆旺, 方媛媛, 楊興林, 溫華兵, 肖建昆 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)