本實用新型涉及減震裝置領(lǐng)域，特別涉及一種針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置。

背景技術(shù)：

粘滯流體阻尼器是一種速度型阻尼器，內(nèi)部設(shè)有粘滯液體和帶孔活塞(或其他等效措施)，當粘滯流體阻尼器兩端出現(xiàn)相對速度變化時，粘滯液體無法快速通過帶孔活塞而產(chǎn)生阻尼力。粘滯流體阻尼器的阻尼力F與端部相對速度v的關(guān)系如式(1)所示，對應(yīng)曲線如附圖1所示；粘滯流體阻尼器的滯回曲線如附圖2所示。由附圖1和2可見，粘滯流體阻尼器端部相對位移愈大，一個滯回環(huán)耗能越多；端部相對速度越大，粘滯流體阻尼器輸出的阻尼力越大。

F＝sgn(v)C|v|^α (1)

式中，F(xiàn)為輸出阻尼力(單位：kN)、sgn(●)為符號函數(shù)、C為阻尼系數(shù)(單位：kN/(m/s)^α)、v為相對速度(單位：m/s)、α為阻尼指數(shù)，α＝1.0時為線性粘滯流體阻尼器；0<α<1.0時為非線性粘滯流體阻尼器；工程中用于減震控制的非線性粘滯流體阻尼器的阻尼指數(shù)范圍一般為α∈[0.2,0.6]。

粘滯流體阻尼器在阻尼系數(shù)和阻尼指數(shù)一定的情況下，端部相對速度越大，阻尼輸出力愈大；端部相對位移越大，滯回耗能效果越好。國內(nèi)外學(xué)者提出過多種針對粘滯流體阻尼器的肘節(jié)式耗能支撐。Ribakov(2003)提出了一種針對FVD的機械杠桿措施，用于放大層間位移和速度，提高FVD耗能效果。Constantinou(2001)提出了肘節(jié)式耗能支撐體系(Toggle-Brace-Damper Systems)的概念，并通過設(shè)置合理的幾何參數(shù)，可使原相對位移放大f倍，以獲取更好的耗能效果。Hwang(2005)給出了肘節(jié)式耗能支撐體系幾何體系與位移放大系數(shù)的確定流程。Huang(2009)針對肘節(jié)式耗能支撐建立了考慮肘節(jié)式支撐剛度影響的數(shù)學(xué)模型。三種肘節(jié)式支撐分別為：(1)肘節(jié)上部耗能支撐、(2)肘節(jié)下部耗能支撐、(3)有受彎桿件的反肘節(jié)上部耗能支撐，分別如圖3、圖4和圖5所示，各自的放大系數(shù)f₁、f₂、f₃分別如式(2a)、式(2b)和式(2c)所示。

顯然，把粘滯流體阻尼器布置在層間相對變形速度較大處，可提高其耗能效果，減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)。恰當?shù)臋C構(gòu)措施對原相對變形放大后，能更進一步提高粘滯阻尼器的耗能效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置，以提高粘滯流體阻尼器的耗能效果。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置，包括長度相同的第一剛性連桿和第二剛性連桿，所述第一剛性連桿和第二剛性連桿的一端鉸接，定義為主動位移點，二者的自由端分別與粘滯流體阻尼器的兩端鉸接，分別定義為第一被動位移點和第二被動位移點，所述主動位移點的位移帶動所述第一被動位移點和第二被動位移點的速度和位移變化，所述第一被動位移點和第二被動位移點在垂直于主動位移點方向上的相對速度和相對位移驅(qū)動粘滯流體阻尼器耗能。

較佳地，所述第一剛性連桿、第二剛性連桿以及粘滯流體阻尼器組成等腰三角形。

較佳地，所述第一被動位移點和第二被動位移點處分別設(shè)有第一限位滑槽和第二限位滑槽，所述主動位移點沿所述粘滯流體阻尼器的中垂線方向移動，所述第一被動位移點和第二被動位移點在所述第一限位滑槽和第二限位滑槽內(nèi)的可移動方向為：沿所述粘滯流體阻尼器的長度方向移動。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置，包括長度相同的第一剛性連桿和第二剛性連桿，所述第一剛性連桿和第二剛性連桿的一端鉸接，定義為主動位移點，二者的自由端分別與粘滯流體阻尼器的兩端鉸接，分別定義為第一被動位移點和第二被動位移點，所述主動位移點的位移帶動所述第一被動位移點和第二被動位移點的速度和位移變化，所述第一被動位移點和第二被動位移點在垂直于主動位移點方向上的相對速度和相對位移驅(qū)動粘滯流體阻尼器耗能。本實用新型中可將主動位移點發(fā)生的位移和速度放大成第一被動位移點和第二被動位移點之間的相對位移和相對速度，提高粘滯流體阻尼器的阻尼力輸出峰值和峰值位移，進而提高粘滯流體阻尼器的耗能效果。

附圖說明

圖1為粘滯流體阻尼器的速度-阻尼力關(guān)系曲線；

圖2為不同速度指數(shù)下粘滯流體阻尼器的滯回曲線；

圖3至5分別為三種肘節(jié)式支撐的示意圖；

圖6為本實用新型一具體實施方式中針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置的結(jié)構(gòu)分析圖；

圖7為本實用新型一具體實施方式中針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置中λ和γ對位移放大系數(shù)的影響圖；

圖8為本實用新型一具體實施方式中針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置中λ和γ對速度放大系數(shù)的影響圖；

圖9為諧波位移下的水平位移和垂直位移時程；

圖10為諧波位移下的水平速度和垂直速度時程；

圖11為諧波位移下的水平位移和垂直位移的滯回曲線對比圖。

圖中：1-第一剛性連桿、2-第二剛性連桿、3-粘滯流體阻尼器、4-第一限位滑槽、5-第二限位滑槽。

具體實施方式

為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本實用新型附圖均采用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本實用新型實施例的目的。

本實用新型提供的針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置，如圖6所示，包括長度相同的第一剛性連桿1和第二剛性連桿2，所述第一剛性連桿1和第二剛性連桿2的一端鉸接，定義為主動位移點A，二者的自由端分別與粘滯流體阻尼器3的兩端鉸接，分別定義為第一被動位移點B和第二被動位移點C，所述主動位移點A的位移帶動所述第一被動位移點B和第二被動位移點C的速度和位移變化，所述第一被動位移點B和第二被動位移點C在垂直于主動位移點A方向上的相對速度和相對位移驅(qū)動粘滯流體阻尼器3耗能，也就是將圖中X方向的位移變化轉(zhuǎn)換為Y方向上的耗能。本實用新型中可將主動位移點A發(fā)生的位移和速度放大成第一被動位移點B和第二被動位移點C之間的相對位移和相對速度，從而提高粘滯流體阻尼器3的阻尼力輸出峰值和峰值位移，進而提高粘滯流體阻尼器3的耗能效果。

較佳地，請繼續(xù)參考圖6，所述第一剛性連桿1、第二剛性連桿2以及粘滯流體阻尼器3組成等腰三角形，具體地，所述第一被動位移點B和第二被動位移點C處分別設(shè)有第一限位滑槽4和第二限位滑槽5，所述主動位移點A沿所述粘滯流體阻尼器3的中垂線方向移動，所述第一被動位移點B和第二被動位移點C在所述第一限位滑槽4和第二限位滑槽5內(nèi)的可移動方向為：沿所述粘滯流體阻尼器3的長度方向移動。則，A點僅可發(fā)生水平方向的位移至A’點，發(fā)生水平位移u₁，B點和C點僅可發(fā)生垂直方向的位移至B’和C’點，值均為u₂。故BC點垂直方向相對位移為2u₂。建立如圖6所示的XOY坐標系，其中水平方向為X向，垂向為Y向，則A、A’、C、C’點坐標分別為(-b,0)，(x,0)，(0,h)，(0,y)；b和h分別為第一剛性連桿1或第二剛性連桿2的水平投影和垂直投影長度。

在XOY坐標系內(nèi)，幾何約束方程如式(3a)所示；A、C點發(fā)生的位移u₁和u₂分別如式(3b)和(3c)所示。

|A'C'|²＝(x+b)²+(y-h)²＝b²+h²＝|AC|² (3a)

u₁＝x+b (3b)

u₂＝y(tǒng)-h (3c)

根據(jù)式(3)可得：

于是，B和C點的速度：

故BC點的相對位移和相對速度分別如式(5a)和式(5b)所示。

設(shè)置適合的b和h參數(shù)，給定A點水平位移u₁的范圍，可以獲得較大垂直方向位移u₂。當一個粘滯流體阻尼器3兩端分別與B和C點鉸接時，粘滯流體阻尼器3的端部相對位移為2u₂。位移放大倍數(shù)β_d和速度放大倍數(shù)β_v分別如式(6a)和(6b)所示。

其中，式(6a)中，u₁＝0時，β_d為0。

假定λ＝h/b，γ＝u₁/b則式(6)可改寫成式(7)。β_d和β_v與參數(shù)λ和γ關(guān)系的三維顯示如圖7和圖8所示?？梢姡?1)λ越小，位移和速度放大系數(shù)越明顯；(2)λ不變的情況下，γ<0時的位移和速度放大系數(shù)大于γ>0時的放大倍數(shù)；(3)λ和γ同時取極值時，β_v均會出現(xiàn)峰值。

假定A點水平位移時程^tu₁＝f(t)，對于可進行傅立葉展開的位移時程，可近似為大量的諧波合成，如式(8)所示。根據(jù)不同頻率成分的諧波結(jié)果進行疊加以獲得整體結(jié)果。

具體地，假定幾何參數(shù)b和h分別為3m和2m。A點的水平位移時程為諧波u₁＝0.3cos(πt)。此時，A點水平向位移時程u₁，B和C點的相對豎向位移時程2u₂曲線對比如圖9所示；B和C點的相對豎向位移時程最大幅值區(qū)間約為A點水平向位移時程最大幅值區(qū)間的3.123倍(即(1.095+0.7789)/0.6＝3.123)。速度時程如圖10所示，B和C點的相對豎向速度時程最大幅值區(qū)間約為A點水平向速度時程最大幅值區(qū)間的3.176倍(即2.992/0.942＝3.176)?？梢?，經(jīng)該實用新型提供的放大裝置的轉(zhuǎn)化后，可有效對A點的水平速度和位移進行放大至B、C點間垂直向的相對速度和位移。一個周圈內(nèi)，u₁和2u₂時程下對應(yīng)的粘滯流體阻尼器滯回曲線分別為F₁和F₂，如圖11所示，可見，B、C點間垂直向布置的粘滯流體阻尼器3耗能效果明顯好于A點水平方向布置粘滯流體阻尼器。

綜上所述，本實用新型提供的針對粘滯流體阻尼器的速度和位移放大裝置，包括長度相同的第一剛性連桿1和第二剛性連桿2，所述第一剛性連桿1和第二剛性連桿2的一端鉸接，定義為主動位移點，二者的自由端分別與粘滯流體阻尼器3的兩端鉸接，分別定義為第一被動位移點和第二被動位移點，所述主動位移點的位移帶動所述第一被動位移點和第二被動位移點的速度和位移變化，所述第一被動位移點和第二被動位移點在垂直于主動位移點方向上的相對速度和相對位移驅(qū)動粘滯流體阻尼器耗能3。本實用新型中可將主動位移點發(fā)生的位移和速度放大成第一被動位移點和第二被動位移點之間的相對位移和相對速度，提高粘滯流體阻尼器3的阻尼力輸出峰值和峰值位移，進而提高粘滯流體阻尼器3的耗能效果。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實用新型也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。