[发明专利]一种电涡流三维减振装置

说明书

本发明提供一种电涡流三维减振装置，该减振装置包括箱体、连接螺孔A、转轴、扭力弹簧、外层球体、中层球体、内层球体、附加质量块A、附加质量块B、连接螺孔B、内层球体扇叶、内层球体底座、中层球体扇叶、中层球体底座、外层球体扇叶、外层球体底座。当结构发生振动时，首先由附加质量块、扭力弹簧和各个球体组成的TMD阻尼器进行能量转移，减小结构振动；其次，在TMD阻尼器工作过程中，由导体与永磁体相对运动产生的电涡流阻尼来耗散能量。该装置利用球体嵌套，实现附加质量块的三维运动；通过设置不同的球体材料，利用电涡流阻尼进行能量耗散，实现多维减振。通过调整扭力弹簧刚度以及附加质量块质量，可对减振装置的使用频率范围进行调节。

技术领域

本发明涉及一种电涡流三维减振装置，适用于桥梁、建筑、输电塔、海上风机等各类土木工程结构的减振控制。

背景技术

随着我国基础设施建设的不断完善，超大跨桥梁、超高层建筑结构、高速铁路及地铁等重要性结构与日俱增，并且随着土木工程技术和建筑材料的发展，土木工程结构趋向于结构轻型、大跨度、超高层、形式复杂的特点。此类结构在动力荷载作用下，易产生较大变形和振动。结构发生振动不仅会使上部人员产生不舒适感，过大的变形和振动容易增大结构的内部应力，降低结构耐久性，甚至会导致结构破坏，危及生命财产安全。

如何减小结构的振动响应是一个前沿且重要的课题。结构振动控制通过在结构中设置减振或隔振装置来消耗或隔离振动能量，或者施加外部的能量以抵消外部激励对结构的作用。它具体是通过在结构的某些部位，装设某种装置(如隔震垫)，或某种机构(如各种阻尼器)，或某种子结构(如调频调谐质量)，以改变或调整结构的动力特性或动力作用，使结构的动力响应得到合理的控制，确保结构本身及结构中的人、仪器、设备等的安全和正常使用。目前针对振动控制装置的研发多集中于被动减振装置，这些装置具有构造相对简单，无需人工干预的优点，调谐质量阻尼器(tuned mass damper，TMD)是其中一类应用十分广泛的被动减振装置。

TMD的减振机理是：在主振动系统上附加一个小质量动力消振系统。当满足消振系统响应滞后于主振动系统响应π/2的条件时，此时消振系统的弹性力对主振系统相当于粘滞阻力，抑制主振系统的位移，从而最大限度地降低主振系统的振动，达到减振的效果。其构造简单、经济、减震效果较好，目前已被广泛应用于工程结构的振动控制中。

传统的TMD阻尼器可以有效地控制结构某一方向的振动，然而结构振动是多维的，各种荷载激励下，结构会不可避免地在多个方向发生振动。因而多维减振就成为国内外急于解决的一个技术难题。为了确保阻尼器对结构振动控制的可靠性，通常需要在结构两主轴方向同时设置阻尼器，从而大大增加了结构振动控制的成本。因此，考虑到结构振动的复杂性，传统的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求。另外，目前的TMD大多未考虑耗能和阻尼，较低的阻尼系数也在一定程度上限制了TMD的应用发展。

电涡流阻尼是基于电磁感应原理的一种物理现象。当非磁性导体处于磁场中做切割磁感线运动时，穿过导体的磁通量就会发生连续变化。根据法拉第电磁感应定律，导体内会产生相应的感生电动势，从而形成类似涡旋的电流，即电涡流。根据楞次定律，电涡流同时会产生一个与原磁场方向相反的新磁场，形成阻碍二者相对运动的阻尼力。如此循环的结果最终导致振动能量通过导体的电阻热效应被消耗掉，这就是电涡流阻尼。在这一过程中，导体板与磁场相对运动的动能先转变为电能，再在导体板内转化为热能消耗，于是起到耗能减振的作用。电涡流阻尼器采用非接触式耗能的方式，具有耐久性好、安装方便等优点，得到广泛使用。

针对以往单维减振装置以及传统TMD减振装置低阻尼的不足，本装置利用球体嵌套与电涡流原理相结合，实现空间三维减振。该装置具有模块化生产，安装便捷，维修方便，使用简单，外观优美等特点，市场前景十分广阔。

发明内容