[发明专利]一种三缸式大出力磁流变阻尼器

说明书

技术领域

本发明主要涉及阻尼器领域，是一种用于大型土木工程结构抗震(振)的阻尼器，尤其是一种大出力高耗能的并可提供可调阻尼力的三缸式大出力磁流变阻尼器。

背景技术

强烈的地震给世界各国人民造成了巨大的灾害。地震中建筑物的大量破坏与倒塌，是造成地震灾害的直接原因。我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，全国约450个城市中，位于地震区的占74.5％。28个百万以上人口的大城市中，有85.7％位于地震区。2008年5月的四川汶川8级大地震，造成近7万人遇难，1.8万人失踪，近38万人伤残，直接经济损失达2000亿元，这些残酷的数字再一次提醒我们应高度重视工程结构的抗震安全问题。并且随着国家经济的发展，目前大型土木工程结构(主要集中在高层建筑结构、高耸构筑结构、大跨空间结构、桥梁结构、水坝等重要结构形式)的应用日益增多，所采用的材料趋向轻质高强，这就使结构柔度增加、阻尼下降，对风力及地震作用更为敏感。为保证结构的完整性与其它要求(如建筑物中人的舒适性等)，往往要对由环境外载(如风、地震等)引起的响应进行控制。所以有关大型土木工程结构的抗震及减振问题更显突出，而通过在土木工程结构上设置控制机构，由控制机构与结构共同抵御地震动等动力荷载，使结构的动力响应减小的结构振动控制的研究具有重要现实意义。

磁流变液(Magneto-rheological Fluid，简称MRF)是一种性能优异的智能材料，又称为“可控流体”，具有强度高、粘度低、能量需求小、温度稳定性好等特点，在外加磁场作用下可以在毫秒级的瞬间由牛顿流体变成剪切屈服应力较高的Bingham塑性体或粘弹性体，且这种转变连续、可逆。根据磁流变效应设计的磁流变液体阻尼器是一种适用于结构振动控制的新一代半主动驱动装置，具有结构紧凑、功耗低、阻尼力大、动态范围广、响应速度快等优点，其阻尼力可通过调节外加的磁场大小来控制，若配合一定的控制策略，可使控制结构达到较好的振动控制效果。

粘弹性胶泥材料是一种高粘度、可流动的、未经硫化的有机硅化合物为基体的合成材料，在-80℃-250℃温度范围内具有较高的稳定性，并且无臭、无毒，对环境和人员无污染。它介于固、液两种状态之间，利用胶泥材料的这些特性设计的阻尼器可不需要复原弹簧，利用其本身高弹性特点便可以实现阻尼器的复原回程，同时其良好的流动性使阻尼器具有大容量、低阻抗能力。胶泥材料的流动粘度大小可根据实际使用的需要进行调整，其运动粘度比普通液压油大几十甚至上百倍，这样阻尼器密封问题比液压阻尼器要简单。胶泥运动是连续无间隙的，小位移时呈小阻尼特性，而大位移时表现出大阻尼特性，故可保证在振动控制过程中不会因阻尼过大而影响控制系统的控制效率，同时保证了在大位移冲击发生时，有足够的阻尼来吸收冲击能量。这些性能使其成为耗能减震的极好材料。

目前国内外开发的常规磁流变阻尼器和普通的液压阻尼器相似，在高频振动时会出现刚度硬化现象，不利于被控结构的减振控制。这些利用常规磁流变阻尼器进行土木工程结构振动控制设计中，都是只考虑被控结构处于小位移、弹性范围内所需阻尼器的出力情况，对于被控结构处于大位移、产生塑性变化时阻尼器的出力却不会随被控结构位移增大而增长，此时亟需阻尼器提供大阻尼力才能避免结构毁塌而产生生命财产损失。所以单一利用常规磁流变阻尼器安装在土木工程结构中，其抗震减灾中的安全性要大大降低，对被控结构而言不能形成有效的安全保障机制。并且，常规磁流变阻尼器大多是利用单一的耗能机制，这些阻尼器所能提供的阻尼力有限。磁流变流体的初始粘度低，虽然可以通过设计更大体积的阻尼器以提供较大的阻尼力，但在安装磁流变液体阻尼器的结构振动控制系统出现故障而不能提供电能时，这种只依靠单一的耗能机制研制的磁流变液体阻尼器根本不具备普通被动油压减振器的阻尼调节功能，此时磁流变液体阻尼器对于大型土木工程结构就起不到应有的耗能减震作用。而单一地利用胶泥材料的耗能特性制作的阻尼器只具备被动耗能作用，不可能实现实时的阻尼力智能控制，这对于大型土木工程结构的振动控制效果是有限的。此外，在大型土木工程结构中如果布置常规的磁流变阻尼器来实现结构的振动控制，会提高工程造价，其笨重的大体积会给施工带来麻烦，而且影响建筑的使用空间。

发明内容

技术问题：针对现有技术存在的技术问题，本发明涉及一种统一了两种不同耗能机制并克服了刚度硬化现象的三缸式大出力磁流变阻尼器，磁流变阻尼缸提供可调阻尼力，胶泥阻尼缸则具备被动耗能能力，提供安全保障，发挥了磁流变液和胶泥两种不同性质的材料的各自优势，该阻尼器设计简单、价格低廉、加工-安装-拆卸方便、减震性能卓越。