[发明专利]一种半主动磁流变压电馈能式阻尼器

说明书

本发明公开了一种半主动磁流变压电馈能式阻尼器，包括内、外两个筒体，所述的内筒的中心设有转轴，所述的转轴与内筒中呈180度布置的两个叶片固定连接。所述的叶片中空，内部设有质量块，所述的质量块上下两端通过弹簧与叶片内壁连接。所述的内筒中设有两个薄板，薄板与叶片垂直布置。所述的内筒腔室中充满磁流变液填充物。所述的薄板表面设有压电发电单元，压电发电单元顶部设有压力传感器。在所述的内筒外壁沿轴线方向缠绕有励磁线圈。所述的压力传感器和励磁线圈与布置的内筒顶部的控制器和电能提取与存储单元串联形成闭合回路。

技术领域

本发明涉及一种半主动磁流变压电馈能式阻尼器，特别涉及一种磁流变与压电陶瓷结合的竖向和抗扭减振装置，主要用于网壳、桥梁等大跨度空间结构的减振控制。

背景技术

随着社会经济与工业的迅速发展，环境振动对建筑安全性、适用性以及日常生活的影响引起了广泛的关注。近年来，风、地震等环境荷载诱发的结构振动倒塌事故频发。土木工程领域，结构形式比较复杂的建筑物，其刚度分布不均匀，在强烈振动下高层结构易发生扭转破坏，同时，结构竖向振动导致结构构造发生突变，进而造成整体结构的倒塌破坏，后果不堪设想。目前来说，振动控制技术是减小结构振动的有效方法，因此研究结构扭转破坏及竖向振动破坏机理，合理地设计抗振装置，进一步实现结构的振动控制，确保其安全平稳运行具有重要的现实意义。

近年来，许多新型的智能材料也逐渐被应用到减振领域中。例如形状记忆合金、磁流变流体和压电智能材料等。其中，压电陶瓷以其结构简单、无电磁干扰、易加工、能耗低、和易于控制等优势，在主动与半主动控制中得到了广泛的应用。磁流变液由于具有良好的屈服应力、较强的塑性粘度，在相当宽的温度范围内具有较高的稳定性、响应速度快、杂质干扰小、能耗低等特性，同样也已经在隔振减振领域得到一定的应用。

目前实际工程中应用减振控制装置进行振动控制的实例越来越多，大多数集中于水平方向的减振控制研究，而忽略了对结构扭转及竖向响应的控制，并且装置局限于被动控制原理，缺乏控制的灵活性。随着社会的发展，建筑结构的高度不断更新，考虑到环境荷载的不确定性与随机性，被动控制结构的水平振动具有一定的局限性。

发明内容

基于以上研究现状，本发明目的是提供一种半主动磁流变压电馈能式阻尼器，旨在减小高层建筑、高耸结构、大跨网壳及和桥梁等大跨度空间结构在风荷载及地震作用下的水平竖直振动及扭转响应，以达到耗能减振的目的；该控制装置在控制扭转响应的同时减小对竖向振动也起到了一定的效果，半主动控制策略有效的控制了结构的不良振动。为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种半主动磁流变压电馈能式阻尼器，包括内、外两个筒体，所述的内筒的中心设有转轴，所述的转轴与内筒中呈180度布置的两个叶片固定连接；所述的叶片中空，叶片内部设有质量块，所述的质量块上、下两端通过弹性装置与叶片内壁连接；所述的内筒中还固定有两个呈180度布置的薄板，且两个薄板与相邻的叶片垂直布置在所述的内筒腔室中充满磁流变液填充物；所述的薄板表面设有压电发电单元，压电发电单元顶部设有压力传感器；在所述的内筒外壁沿轴线方向缠绕有励磁线圈；所述的压力传感器和励磁线圈与布置控制器和电能提取与存储单元串联形成闭合回路。

当结构发生扭转振动时，质量块由于惯性带动叶片绕转轴在内筒中转动，推动磁流变液挤压薄板上的压电发电单元。压电发电单元受到压力产生电能，并将电能储存在电能提取与存储单元中。压力传感器感应到压力变化信号并传递给控制器，控制器可以根据压力大小调整流过励磁线圈中的电流大小。励磁线圈通电后，改变了内筒中的磁场强度，阻尼通道内磁流变液的流动方向与磁场方向垂直，使得磁流变液的流动性和粘度发生变化，提高输出阻尼力，进而达到控制扭转振动的目的。

当结构在竖直方向上振动时，叶片中的质量块和弹簧组成调谐质量阻尼器，弹簧发生变形给质量块提供与被控结构相反的阻尼力，进而达到控制竖向振动的目的。当振动结束后，由于形状记忆合金的超弹性特性，使得质量块恢复到原始状态，保证下次使用时的工作性能。