專利名稱：高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于土木工程結(jié)構(gòu)抗震(振)的阻尼器，尤其是一種高耗能的能提供可變阻尼力的復(fù)合阻尼器。
背景技術(shù)：
隨著國家的發(fā)展、生活的提高，高層建筑結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)等重要性結(jié)構(gòu)與日俱增。在動(dòng)力荷載(如風(fēng)和地震)作用下，這些結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生比較大的振動(dòng)，影響到結(jié)構(gòu)的正常使用及安全。而我國是多地震國家，全國大部分大中城市處于地震區(qū)，因此有關(guān)土木結(jié)構(gòu)的抗震及減振問題更顯突出，對(duì)這類結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)控制的研究具有重要而又現(xiàn)實(shí)的意義。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可以有效地減輕結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震作用下的反應(yīng)和損傷，有效地提高結(jié)構(gòu)的抗震能力和防災(zāi)性能。振動(dòng)控制可通過減振、隔震裝置來消耗地震能量，或者施加外部的能量以抵消地震作用對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，具體通過在結(jié)構(gòu)的某些部位，裝設(shè)某種裝置、機(jī)構(gòu)或子結(jié)構(gòu)，以改變或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性或動(dòng)力作用，使結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)振作用下的動(dòng)力響應(yīng)得到合理的控制，確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人、儀器、設(shè)備等的安全和處于正常的使用環(huán)境狀況。
磁流變體是一種性能優(yōu)良的智能材料，在磁場(chǎng)的作用下能夠在瞬間從牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟星芰^高的粘塑性體，且這種轉(zhuǎn)變連續(xù)可逆。磁流變阻尼器是應(yīng)用磁流變體在強(qiáng)磁場(chǎng)下的快速可逆流變特性而制造的一種新型振動(dòng)控制裝置。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、相變快、阻尼力大而且連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際變形和外部地震(風(fēng)振)激勵(lì)，按照特定的控制規(guī)律，控制外加磁場(chǎng)以改變磁流變阻尼器的力學(xué)性能，從而在瞬間內(nèi)改變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的特性參數(shù)以使結(jié)構(gòu)達(dá)到最好的控制效果。
鉛是理論上僅有的一種室溫下作塑性循環(huán)時(shí)不會(huì)發(fā)生累積疲勞現(xiàn)象的普通金屬，具有塑性高、剛度低、高阻尼力等特點(diǎn)。同時(shí)由于鉛具有較大的初始剛度和較小的屈服后剛度，具有較大的耗能能力，使鉛成為消能、減震和防震的極好材料。
目前國內(nèi)外開發(fā)耗能器和阻尼器大多是利用單一的耗能機(jī)制或單一的耗能元件和材料耗能，所提供的阻尼力和初始剛度有限。因此所需耗能器(阻尼器)數(shù)量較多，布置起來較麻煩，施工程序和周期增加，且影響建筑使用空間。同時(shí)磁流變阻尼器中的磁流變體在振動(dòng)過程中容易發(fā)生滲漏，磁流變體的密封問題以及磁流變體價(jià)格昂貴一直是困擾磁流變阻尼器取得廣泛應(yīng)用的重要問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是開發(fā)一種高耗能、構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、安裝拆卸方便、適用范圍廣、減震效果卓越且具有良好密封性能的高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器。
技術(shù)方案本發(fā)明的高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器，由連接器、鉛阻尼器前封板、鉛阻尼器工作缸、活塞連桿、活塞桿突起、鉛、注鉛孔、磁流變阻尼器前密封擋板、密封圈、磁流變體、磁流變阻尼器工作缸、電磁螺線管注液孔、磁流變阻尼器后密封擋板、鉛阻尼器后封板組成。該裝置在磁流變阻尼器工作缸的兩端分別連接有磁流變阻尼器前密封擋板、磁流變阻尼器后密封擋板，在磁流變阻尼器工作缸內(nèi)的兩端設(shè)有磁流變體，活塞連桿中間的大直徑部分位于磁流變阻尼器工作缸中，在活塞連桿中間的大直徑部分的圓周上設(shè)有電磁螺線管；鉛阻尼器工作缸有兩個(gè)，分別位于磁流變阻尼器工作缸的兩端，在鉛阻尼器工作缸的內(nèi)部設(shè)有鉛，在鉛阻尼器工作缸的兩端分別由鉛阻尼器前封板、磁流變阻尼器前密封擋板或磁流變阻尼器后密封擋板、鉛阻尼器后封板密封，活塞連桿左端穿過鉛阻尼器工作缸與連接器相接，活塞連桿右端穿過鉛阻尼器工作缸自由外伸在鉛阻尼器工作缸右端的小缸體內(nèi)，活塞連桿位于鉛阻尼器工作缸內(nèi)的部分分別設(shè)有活塞桿突起，右端的鉛阻尼器工作缸與連接器相接。在鉛阻尼器工作缸上設(shè)有注鉛孔，在磁流變阻尼器工作缸上設(shè)有注液孔。在磁流變阻尼器前密封擋板、磁流變阻尼器后密封擋板的內(nèi)孔中設(shè)有密封圈。
在地震或強(qiáng)風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相對(duì)變形時(shí)，安裝在結(jié)構(gòu)中阻尼器跟隨產(chǎn)生相對(duì)變形，通過調(diào)整高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器中電磁螺線管中電流的大小來改變磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而改變流體的阻力，形成一種可調(diào)的半主動(dòng)控制裝置。同時(shí)由于阻尼器的相對(duì)變形使阻尼器中的鉛產(chǎn)生擠壓滯回變形而耗能。通過磁流變阻尼器與鉛阻尼器的合理匹配與連接，開發(fā)的高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器能滿足多種工程抗風(fēng)抗震需要，減震效果卓越。
裝有高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器的結(jié)構(gòu)，在外部激勵(lì)引起阻尼器的相對(duì)變形時(shí)，磁流變阻尼器部分與鉛阻尼器部分協(xié)同工作，磁線圈通電，部分磁流變體固化提供阻尼力，鉛擠壓屈服，進(jìn)入滯回耗能狀態(tài)，耗散地震能量，使結(jié)構(gòu)的響應(yīng)減小，從而使主體結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生破壞。
有益效果本發(fā)明的高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器采用半主動(dòng)控制和被動(dòng)耗能兩種機(jī)制組合減振，具有高耗能、構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、安裝拆卸方便、適用范圍廣、減震效果卓越的優(yōu)點(diǎn)；磁流變阻尼缸兩端設(shè)有鉛阻尼缸，能夠有效防止工作缸中磁流變液滲漏；在提供同等阻尼力的同時(shí)，同純磁流變阻尼器相比，大大地節(jié)約了阻尼器成本。結(jié)構(gòu)中加入該阻尼器，可增加結(jié)構(gòu)的阻尼和剛度，提高結(jié)構(gòu)抵抗外力的能力，減小地震響應(yīng)。該阻尼器可廣泛用于高層建筑結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、大跨空間結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)抗震工程中。
利用磁流變液的流變特性和鉛剪切擠壓滯回變形兩種機(jī)制組合減震，發(fā)揮了兩種減震機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)，既有很高的耗能能力，又能提供足夠的連續(xù)可變的阻尼力。在提供同等阻尼力的同時(shí)，同純磁流變阻尼器相比，大大地節(jié)約了阻尼器成本。
盛裝磁流變液的缸體兩端被盛裝鉛的缸體密封，能夠有效防止磁流變液的滲漏，耐久性能良好。


圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中有連接器1、鉛阻尼器前封板2、鉛阻尼器工作缸3、活塞連桿4、活塞桿突起5、鉛6、注鉛孔7、磁流變阻尼器前密封擋板8、密封圈9、磁流變體10、磁流變阻尼器工作缸11、電磁螺線管12、注液孔13、磁流變阻尼器后密封擋板14、鉛阻尼器后封板15。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器由磁流變阻尼器部分和鉛阻尼器部分組合而成。磁流變阻尼器部分由磁流變阻尼器工作缸11、磁流變阻尼器前密封擋板8、磁流變阻尼器后密封擋板14、密封圈9、磁流變體10、電磁螺線管12、注液孔13等部分組成。鉛阻尼器部分主要由鉛阻尼器工作缸3、活塞連桿4、活塞連桿突起5、鉛6、注鉛孔7以及兩端封板組成。磁流變阻尼器前密封擋板8和磁流變阻尼器后密封擋板14將鉛阻尼器工作缸3與磁流變阻尼器工作缸11牢固連接成一整體，不但能使磁流變阻尼器和兩端的鉛阻尼器在使用過程時(shí)變形一致，提供大小不同的阻尼力，而且能有效防止磁流變體10的滲漏。
該裝置在磁流變阻尼器工作缸11的兩端分別連接有磁流變阻尼器前密封擋板8、磁流變阻尼器后密封擋板14，在磁流變阻尼器工作缸11內(nèi)的兩端設(shè)有磁流變體10，活塞連桿4中間的大直徑部分位于磁流變阻尼器工作缸11中，在活塞連桿4中間的大直徑部分的圓周上設(shè)有電磁螺線管12；鉛阻尼器工作缸3有兩個(gè)，分別位于磁流變阻尼器工作缸11的兩端，在鉛阻尼器工作缸3的內(nèi)部設(shè)有鉛6，在鉛阻尼器工作缸3的兩端分別由鉛阻尼器前封板2、磁流變阻尼器前密封擋板8或磁流變阻尼器后密封擋板14、鉛阻尼器后封板15密封；活塞連桿4左端穿過鉛阻尼器工作缸3與連接器1相接，活塞連桿4右端穿過鉛阻尼器工作缸3自由外伸在鉛阻尼器工作缸3右端的小缸體內(nèi)，活塞連桿4位于鉛阻尼器工作缸3內(nèi)的部分分別設(shè)有活塞桿突起5，右端的鉛阻尼器工作缸3與連接器1相接；在鉛阻尼器工作缸3上設(shè)有注鉛孔7，在磁流變阻尼器工作缸11上設(shè)有注液孔13；在磁流變阻尼器前密封擋板8、磁流變阻尼器后密封擋板14的內(nèi)孔中設(shè)有密封圈9。電磁螺線管12上的線圈采用繞水平軸的繞法，磁流變體10通道內(nèi)的磁場(chǎng)均勻且方向與該阻尼器的軸線垂直。
在磁流變阻尼器工作缸11和活塞連桿4之間存在阻尼通道，一般為0.8～2.0mm，當(dāng)活塞連桿4在磁流變阻尼器工作缸11內(nèi)作往復(fù)相對(duì)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，擠壓內(nèi)腔的磁流變體10迫使其流過阻尼間隙時(shí)，在通電情況下，阻尼通道中磁流變體10瞬間由牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)檎乘荏w，使流體的流動(dòng)阻力比未通電時(shí)增加，產(chǎn)生磁流變阻尼器的可調(diào)阻尼力。
在鉛阻尼器中，活塞連桿突起5和缸壁形成擠壓口，當(dāng)活塞連桿4在鉛阻尼器工作缸3內(nèi)相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉛6被擠壓通過擠壓口而產(chǎn)生塑性擠壓變形，耗散能量。
磁流變阻尼器和鉛阻尼器的阻尼力可根據(jù)具體結(jié)構(gòu)選擇不同數(shù)值，磁流變阻尼器的阻尼力范圍一般為0到300KN，輸入電流范圍一般為0到6安培。鉛阻尼器的阻尼力范圍0到500KN。在具體的結(jié)構(gòu)減振控制工程中，可綜合考慮結(jié)構(gòu)的特性及減震要求，合理設(shè)計(jì)磁流變體與鉛的用量、線圈匝數(shù)、活塞的位移量，達(dá)到理想的控制效果。
權(quán)利要求
1.一種高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器，其特征在于該裝置在磁流變阻尼器工作缸(11)的兩端分別連接有磁流變阻尼器前密封擋板(8)、磁流變阻尼器后密封擋板(14)，在磁流變阻尼器工作缸(11)內(nèi)裝有磁流變體(10)，活塞連桿(4)中間的大直徑部分位于磁流變阻尼器工作缸(11)中，在活塞連桿(4)中間的大直徑部分的圓周上設(shè)有電磁螺線管(12)；鉛阻尼器工作缸(3)有兩個(gè)，分別位于磁流變阻尼器工作缸(11)的兩端，在鉛阻尼器工作缸(3)的內(nèi)部設(shè)有鉛(6)，在鉛阻尼器工作缸(3)的兩端分別由鉛阻尼器前封板(2)、磁流變阻尼器前密封擋板(8)或磁流變阻尼器后密封擋板(14)、鉛阻尼器后封板(15)密封，活塞連桿(4)左端穿過鉛阻尼器工作缸(3)與連接器(1)相接，活塞連桿(4)右端穿過鉛阻尼器工作缸(3)自由外伸在鉛阻尼器工作缸(3)右端的小缸體內(nèi)，活塞連桿(4)位于鉛阻尼器工作缸(3)內(nèi)的部分分別設(shè)有活塞桿突起(5)，右端的鉛阻尼器工作缸(3)與連接器(1)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器，其特征在于電磁螺線管(12)上的線圈采用繞水平軸的繞法，磁流變體(10)通道內(nèi)的磁場(chǎng)均勻且方向與該阻尼器的軸線垂直。
全文摘要
高耗能復(fù)合式磁流變阻尼器是一種用于土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的高耗能的能提供可變阻尼力的復(fù)合阻尼器，該裝置在磁流變阻尼器工作缸(11)的兩端分別連接有鉛阻尼器工作缸(3)，在磁流變阻尼器工作缸內(nèi)的兩端設(shè)有磁流變體(10)，活塞連桿(4)中間的大直徑部分位于磁流變阻尼器工作缸中，在活塞連桿中間的大直徑部分的圓周上設(shè)有電磁螺線管(12)；在鉛阻尼器工作缸的內(nèi)部設(shè)有鉛(6)，活塞連桿(4)左端穿過鉛阻尼器工作缸與連接器(1)相接，活塞連桿(4)右端穿過鉛阻尼器工作缸自由外伸在鉛阻尼器工作缸右端的小缸體內(nèi)，活塞連桿位于鉛阻尼器工作缸內(nèi)的部分分別設(shè)有活塞桿突起(5)，右端的鉛阻尼器工作缸與連接器(1)相接。
文檔編號(hào)E04B1/98GK1861927SQ200610085258
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2006年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者徐趙東, 李愛群, 沙凌鋒, 郭迎慶 申請(qǐng)人:東南大學(xué)