[发明专利]一种两自由度碰撞非线性消振装置

说明书

本发明为一种两自由度碰撞非线性消振装置，属于结构工程振动控制领域。一种两自由度碰撞非线性消振装置包括结构底板1、下层外壳3、下层质量块4、上层质量块9、碰撞接触销5、下层线性弹簧2、上层线性弹簧6、上层外壳7、运动导向轴8和固定螺栓10。下层质量块4、上层质量块9分别通过下层线性弹簧2、上层线性弹簧6与结构底板1和上层外壳7相连，当其位移到达指定位置时，下层质量块4、上层质量块9通过碰撞接触销5分别与下层外壳4发生非弹性碰撞，引起结构中机械能的变化，达到减振的目的。与传统的吸振器和阻尼器相比，本发明能够在较宽的范围内消耗系统的机械能，并迅速降低结构的响应，具有在实际工程中广泛应用的前景。

技术领域

本发明属于结构工程振动控制领域，具体涉及一种两自由度碰撞非线性消振装置。

背景技术

振动现象广泛存在于生产生活之中。我们生活中所居住的楼房，使用的桥梁、铁路，平时乘坐的如火车、汽车、轮船和飞机等都不同程度的存在振动现象。工业生产中的机械制造、航空航天、发电等领域更是面临严重的振动问题。传统的振动控制策略通过被动控制装置实现。被动控制通常具有结构简单，易于实现，不需要外加能量，稳定性好等优点。其中，应用较为广泛的是调谐质量阻尼器。通过合理的选取质量块参数、阻尼参数和刚度参数，调谐质量阻尼器能够实现很好的吸振效果。并通过与待减振结构之间的动力学作用，改变其结构模态。但是，这种调谐质量阻尼器的缺点是其只能对窄频带振动起到抑制效果，并不适用于宽频带振动的抑制情形。

随着人们对结构振动控制要求的逐步提高，新形式的减振装置的设计受到广泛关注。碰撞作为一种广泛存在的现象，属于一种强非线性现象，具有明显的能量耗散特性，可通过合理设计将碰撞应用到减振领域之中。早在1930年，就有人利用碰撞来实现结构振动抑制。Paget发明了冲击消振器，并将其用于抑制涡轮机叶片和机翼的振动之中。后来又应用于抑制雷达天线、切削工具、高层建筑的振动抑制之中。随着非线性研究的深入和计算机性能的提升，对碰撞非线性导致的振动抑制现象研究不断深入，已有大量利用碰撞现象实现结构振动控制的成果被报道。碰撞能够实现较宽范围内的振动抑制，对冲击振动、随机振动等都具有良好的抑制效果。同时，由于结构简单、易于实现，可以说碰撞非线性消振装置是一种很有前途的减振装置。

授权公告号为CN102705430A的发明提出了一种两自由度非线性吸振装置，其中，吸振通过两级立方刚度非线性弹簧实现。该发明通过弹簧的非线性特征与待减振结构相互作用实现振动能量的单向传递。然而，该发明的能量消耗效果与待减振结构内部的能量大小有很大关系，试用范围受到制约。

授权公告号为CN205134603U的发明提出了一种基于非线性能量阱的两自由度吸振器，其中，该发明通过椭球型橡胶体实现非线性刚度与待减振结构相互作用，从而吸收消耗振动能量。然而，该发明的能量消耗是通过阻尼来实现的，无法克服阻尼消耗能量时的缺点。

发明内容

针对目前现有技术中存在的振动抑制问题，本发明旨在提供一种能够利用碰撞实现更高效的振动抑制效果的两自由度碰撞非线性消振装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明为一种两自由度碰撞非线性消振装置，包括结构底板1、下层线性弹簧2、下层外壳3、下层质量块4、碰撞接触销5、上层线性弹簧6、上层外壳7、运动导向轴8、上层质量块9和固定螺栓10，其特征在于：所述的结构底板1下侧连接待减振结构，上侧通过下层线性弹簧2弹性支撑下层质量块4；下层外壳3的上表面是碰撞接触面，上层质量块9和下层线性弹簧2均通过螺纹连接碰撞接触销5，上层质量块9、碰撞接触销5和上层线性弹簧6所构成的质量弹簧体统与下层质量块4、碰撞接触销5和下层线性弹簧2所构成的质量弹簧体统对称布置在碰撞接触面两侧；上层外壳7通过上层线性弹簧6悬挂连接上层质量块9；上层外壳7与下层外壳3、下层外壳3与结构底板1通过固定螺栓10连接；运动导向轴8贯穿上层外壳7、上层线性弹簧6、上层质量块9、下层外壳3、下层质量块4、下层线性弹簧2和结构底板1，通过固定螺栓10与上层外壳7固定。