本發(fā)明屬于土木工程、振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種半主動(dòng)單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。

背景技術(shù)：

在當(dāng)今社會(huì)，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器因?yàn)橛袑?duì)原建筑結(jié)構(gòu)改動(dòng)小、施工方便、減振控制效果顯著等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛關(guān)注，并在國(guó)內(nèi)外的建筑結(jié)構(gòu)中都有應(yīng)用，如臺(tái)北101大廈、上海中心等。但傳統(tǒng)的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器具有對(duì)頻率的調(diào)諧敏感性的缺點(diǎn)，不僅建筑結(jié)構(gòu)的自身?yè)p傷等會(huì)影響調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振效果，某些時(shí)候其自身的特性，如黏滯阻尼器的退化或當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的某一構(gòu)件作為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的質(zhì)量時(shí)質(zhì)量的變化也會(huì)影響其控制效果。而且，設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)的自振頻率估計(jì)值與其實(shí)際自振頻率存在差異因此，如何實(shí)現(xiàn)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的自適應(yīng)控制，使其能調(diào)節(jié)自身頻率與結(jié)構(gòu)的頻率相近，以達(dá)到良好的減振效果，就成為了一個(gè)新的很有意義的研究方向。

傳統(tǒng)的單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器采用液壓黏滯阻尼器提供阻尼，在提供阻尼的同時(shí)，也會(huì)有一定剛度，無(wú)法做到剛度與阻尼的完全分離，影響設(shè)計(jì)分析。而且，液壓黏滯阻尼器還存在漏油、不易養(yǎng)護(hù)、后期難以調(diào)節(jié)等問(wèn)題，增加維護(hù)的難度和成本。電渦流阻尼是對(duì)液壓黏滯阻尼的一大創(chuàng)新。電渦流阻尼器的原理是，導(dǎo)體質(zhì)量塊在運(yùn)動(dòng)時(shí)切割磁感線，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)原理，在導(dǎo)體內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，形成電渦流，將振動(dòng)能量轉(zhuǎn)化為導(dǎo)體的熱量，從而實(shí)現(xiàn)振動(dòng)控制。電渦流阻尼器的優(yōu)勢(shì)在于：磁體與導(dǎo)體之間沒有直接接觸，無(wú)摩擦阻尼和磨損；不受溫度等環(huán)境影響；不存在漏油等狀況，易于維護(hù)且耐久性好。

現(xiàn)有的電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器不能調(diào)節(jié)阻尼力的大小，當(dāng)結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載、地震等作用下發(fā)生振動(dòng)時(shí)，不合適的阻尼力不但會(huì)造成阻尼器減振效果的欠佳，甚至可能使阻尼器產(chǎn)生反作用。因此，如何自適應(yīng)地調(diào)節(jié)阻尼器的阻尼力至最佳值，是很值得研究的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種半主動(dòng)單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)，能夠調(diào)節(jié)自身水平向頻率與主結(jié)構(gòu)的頻率相同，以滿足調(diào)諧被控結(jié)構(gòu)頻率的要求，同時(shí)能夠自適應(yīng)地調(diào)節(jié)自身的阻尼力至最優(yōu)阻尼力，從而達(dá)到良好的減振效果；

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種半主動(dòng)單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，由單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與伺服控制系統(tǒng)2組成，其中：

所述單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由永磁體塊7、擺繩6和導(dǎo)體板8組成；永磁體塊7固定于擺繩6一端，永磁體塊7位于導(dǎo)體板８上方；

所述伺服控制系統(tǒng)2包括導(dǎo)磁板9、活動(dòng)軸承10、控制器11、單片機(jī)電路板3、加速度傳感器4和步進(jìn)電機(jī)5；所述控制器11位于主結(jié)構(gòu)1內(nèi)底部，控制器11連接活動(dòng)軸承10，導(dǎo)磁板9固定連接于活動(dòng)軸承10的頂部，所述導(dǎo)體板8固定于導(dǎo)磁板9的頂部；步進(jìn)電機(jī)５固定于主結(jié)構(gòu)１內(nèi)頂部下方，擺繩６另一端連接步進(jìn)電機(jī)５；所述加速度傳感器4安裝于主結(jié)構(gòu)1的頂部側(cè)向，用于測(cè)量主結(jié)構(gòu)的水平向加速度；單片機(jī)電路板３安裝于主結(jié)構(gòu)１頂部，單片機(jī)電路板3分別連接步進(jìn)電機(jī)５和控制器11，當(dāng)所述永磁體塊7發(fā)生水平向振動(dòng)時(shí)，與導(dǎo)體板8發(fā)生切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)體板8的發(fā)熱耗能，所述導(dǎo)磁板9的作用為增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。

本發(fā)明中，所述單片機(jī)電路板3分析處理加速度傳感器4的信號(hào)后，一次性精確計(jì)算所需調(diào)節(jié)的擺長(zhǎng)，控制所述步進(jìn)電機(jī)5一次性完成所述擺繩6的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。

本發(fā)明中，所述單片機(jī)電路板3分析處理加速度傳感器4的信號(hào)后，啟動(dòng)控制器11，通過(guò)控制器11控制活動(dòng)軸承10的上下運(yùn)動(dòng)，以此改變導(dǎo)體板8與永磁體塊7之間的間隔距離，以此改變電渦流阻尼力的大小。

本發(fā)明中，所述永磁體塊的材料可為稀土永磁材料、釤鈷、鎳鎘鈷、鐵氧體永磁材料等；所述導(dǎo)體板的材料可為銅、鋁等；所述導(dǎo)磁板的材料可為鐵、鎘、鈷等。

本發(fā)明中，所述活動(dòng)軸承上下活動(dòng)距離范圍為5~10mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益技術(shù)效果：

本發(fā)明的一種半主動(dòng)單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，擺繩的長(zhǎng)度可通過(guò)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，能夠精確調(diào)節(jié)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器水平向頻率與主結(jié)構(gòu)頻率相同；同時(shí)能夠自適應(yīng)地調(diào)節(jié)自身的阻尼力至最優(yōu)阻尼力，從而達(dá)到良好的減振效果，有利于提高結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種半主動(dòng)單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器主視圖；

圖2是本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)示意圖；

圖3是本發(fā)明的變阻尼部分示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)：1-主結(jié)構(gòu)，2-伺服控制系統(tǒng)，3-單片機(jī)電路板，4-加速度傳感器，5-步進(jìn)電機(jī)，6-擺繩，7-永磁體塊，8-導(dǎo)體板，9-導(dǎo)磁板，10-活動(dòng)軸承，11-控制器，12-變阻尼部分。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例１：如圖1至圖3所示，本發(fā)明的一種半主動(dòng)單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與伺服控制系統(tǒng)2組成，其中：

所述單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由質(zhì)量塊6、擺繩7和黏滯阻尼器8組成；

所述永磁體塊7和導(dǎo)體板8同時(shí)也屬于伺服控制系統(tǒng)2；

所述伺服控制系統(tǒng)2還包括導(dǎo)磁板9、活動(dòng)軸承10、控制器11、單片機(jī)電路板3、加速度傳感器4和步進(jìn)電機(jī)5；

所述導(dǎo)體板8固定連接于導(dǎo)磁板9的頂部，導(dǎo)磁板9固定連接于活動(dòng)軸承10的頂部。

所述加速度傳感器4安裝于主結(jié)構(gòu)1的頂部側(cè)向，用于測(cè)量主結(jié)構(gòu)的水平向加速度。

所述永磁體塊7發(fā)生水平向振動(dòng)時(shí)，與導(dǎo)體板8發(fā)生切割磁感應(yīng)線運(yùn)動(dòng)，通過(guò)導(dǎo)體板8的發(fā)熱耗能，所述導(dǎo)磁板9的作用為增強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。

所述單片機(jī)電路板3分析處理加速度傳感器4的信號(hào)后，一次性精確計(jì)算所需調(diào)節(jié)的擺長(zhǎng)，控制所述步進(jìn)電機(jī)5一次性完成所述擺繩6的長(zhǎng)度調(diào)節(jié)。

所述單片機(jī)電路板3分析處理加速度傳感器4的信號(hào)后，啟動(dòng)控制器11，通過(guò)控制器11控制活動(dòng)軸承10的上下運(yùn)動(dòng)，以此改變導(dǎo)體板8與永磁體塊7之間的間隔距離，以此改變電渦流阻尼力的大小。

所述永磁體塊7的材料可為稀土永磁材料、釤鈷、鎳鎘鈷、鐵氧體永磁材料等；所述導(dǎo)體板8的材料可為銅、鋁等；所述導(dǎo)磁板9的材料可為鐵、鎘、鈷等。

所述活動(dòng)軸承10上下活動(dòng)距離范圍為5~10mm。

這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種半主動(dòng)單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，由單擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與伺服控制系統(tǒng)組成，其中：?jiǎn)螖[式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由永磁體塊、擺繩和導(dǎo)體板組成；永磁體塊和導(dǎo)體板同時(shí)也屬于伺服控制系統(tǒng)；伺服控制系統(tǒng)還包括導(dǎo)磁板、活動(dòng)軸承、控制器、單片機(jī)電路板、加速度傳感器和步進(jìn)電機(jī)。本發(fā)明的擺繩的長(zhǎng)度可通過(guò)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)單擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器水平自振頻率的精確控制。本發(fā)明用電渦流阻尼代替?zhèn)鹘y(tǒng)的黏滯阻尼，能夠提高阻尼器的穩(wěn)定性和耐久性，簡(jiǎn)化阻尼器的設(shè)計(jì)。本發(fā)明的阻尼力大小可由改變導(dǎo)體板與永磁體塊之間的間隔距離來(lái)改變，以提高阻尼器的減振效果。

技術(shù)研發(fā)人員：施衛(wèi)星;王梁坤;沈鈺翔
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.09
技術(shù)公布日：2017.07.28