[发明专利]非线性动力吸振电磁耗能装置

说明书

技术领域

本发明涉及结构工程振动控制领域，尤其涉及一种减小输电塔等塔式结构振动响应的非线性动力吸振电磁耗能装置。

背景技术

我国是自然灾害频发的国家，输电塔等塔式结构在地震或风荷载作用下倒塌破坏时有发生，造成了巨大的经济损失。因此，降低输电塔等塔式结构的动力响应，确保其在地震或风荷载作用下安全运行，具有十分重大的意义。结构振动控制就是通过在结构上设置一些控制装置，从而改善结构的力学性能。当结构受风荷载、地震作用等激励时，这些控制装置就会对结构产生一组被动或主动的控制力，使结构的反应得以显著降低。结构控制是一种不同于传统结构设计方法的全新的积极主动的方法，它改变了利用承重结构本身来抵御横向荷载的思想，通过应用结构控制的理论，可以显著提高结构的承载能力，降低结构的重量，保证结构满足安全性，是结构设计思想的一次飞跃。

为解决工程结构的减振问题，国内外学者对减振控制技术开展了大量的研究，取得了一系列的研究成果。被动控制可以分为耗能减振和吸振减振两类。其中，耗能减振技术是在结构上安装耗能阻尼器，从而耗散结构的振动能量以达到减振的目的。吸振减振技术通常在输电塔结构顶部安装子结构，如调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)或悬挂质量摆(SMP)。通过调节子结构的频率，使得子结构和主结构的一阶频率吻合。当结构物受外界激励振动时，子结构可以从结构物上吸收动能，并产生频率相等、方向相反的惯性力，从而降低结构物的振动。线性动力吸振器的应用已经有了比较长的历史，若激扰频率固定不变，采用线性动力吸振器，可以做到使主振幅为零，吸振效果达到最佳的理想状态。若激振频率稍有改变，可能使工作频率从反共振点偏移而接近任一共振点，所以线性吸振器不适用于变速的情况。因此，本发明结合弹簧摆的非线性动力吸振和电磁耗能的特点，提出非线性动力吸振电磁耗能装置。

发明内容

本发明的目的是为输电塔等塔式结构提供一种非线性动力吸振电磁耗能装置，对这种结构在地震或风荷载作用下的振动进行控制。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

非线性动力吸振电磁耗能装置，包括一个箱体，所述箱体的顶面和底面之间形成均匀的磁场，且在磁场内垂直的安装有与箱体的顶面相连的弹簧摆，所述的弹簧摆能在磁场内沿多个方向来回摆动，其运动方式为弹簧振动和整体摆动两种模态的耦合，当满足内共振条件时，会发生一种振动激发另一种振动，从而达到非线性吸振的效果。所述弹簧摆动频率与被控结构的主振频率保持一致，弹簧摆的振动模态与摆动模态强烈耦合，实现内共振特性，以达到最优的吸振减振效果。另外，质量块摆动过程中切割磁感线形成闭合回路，涡流会转化为电阻热而耗散掉，能达到较好的耗能效果。

在箱体的上、下面内各设置一个永久磁铁形成从下到上由N到S的均匀磁场。

所述的磁场通过在箱体的上、下面内各设置一个永久磁铁形成。

所述的弹性装置包括一个弹簧和一个垂直穿过弹簧的弹性绞线。

所述的弹簧采用马氏体形状记忆合金高阻尼弹簧，该合金具有高阻尼的特性，弹簧中间设置一根弹性绞线，所述的弹性绞线采用奥氏体形状记忆合金超弹性绞线，该合金具有超弹性自复位能力，与弹簧配合使用，在弹簧损坏的情况下，可以起到保护质量块的作用。

所述质量块为裹有铝板的奥氏体不锈钢的栅栏式组合块，该不锈钢导磁性小，不易被磁铁吸引，而铝导电性强，产生涡流大，散热性能好。

所述弹簧的长度根据主结构的主频率决定。

弹簧摆由弹簧和悬挂的质量块构成，弹簧刚度系数为k_s，弹簧原长为l_ori，在重力作用下的长度为l₀，质量块重量为m_p。关系如下：

根据单摆摆长与频率的关系，可以确定悬挂质量摆的摆长，进而得到弹簧摆摆长也可根据此式计算：

式中，f是主结构的一阶频率，l₀是弹簧摆在重力作用下的长度，弹簧摆的原长l_ori需要根据公式(1)计算。

所述弹簧的刚度根据质量块的质量和弹簧的原始长度决定。

所述磁铁为强永磁铁，分别位于箱型结构的顶部与底部位置。

所述的非线性动力吸振电磁耗能装置安装在塔式结构的顶部。

所述弹簧摆的摆动频率与被控结构的主振频率保持一致。

本发明的有益效果是：