[发明专利]一种半主动负刚度多维减振装置

说明书

本发明公开了一种半主动负刚度多维减振装置，包括一个外箱体，外箱体内部设有调谐液体阻尼器、负刚度机构和磁致伸缩振动发电单元。调谐液体阻尼器为装有阻尼液的圆筒，圆筒的侧面通过多个一端接有滚球的弹簧与吸振层相连，圆筒放置在若干金属球上，金属球放置在鼓形体上方。鼓形体与其四周呈放射状布置的负刚度调节单元构成了负刚度机构，在外箱体内底部设有超磁致伸缩体，与鼓形体之间通过碟簧相连，超磁致伸缩体的四周由内向外设有感应线圈和永磁体，构成磁致伸缩振动发电单元。鼓形体底部设有加速度传感器，与所述的磁致伸缩振动发电单元、电能存储与提取单元、控制器以及励磁线圈串联形成闭合回路。

技术领域

本发明属于土木工程的振动控制领域，具体涉及一种半主动负刚度多维减振装置，主要用于控制大跨度结构、长悬臂及高耸结构的振动响应。

背景技术

我国《建筑抗震设计规范》中规定，抗震设防烈度为8、9度时的大跨度和长悬臂结构以及9度时的高层建筑，应考虑竖向地震作用。减振控制技术是通过在结构的特定部位安装某种耗能装置来达到减振的目的，根据是否有外部能量的输入，可分为被动控制、主动控制和半主动控制。其中半主动控制是利用机敏材料来感知结构振动响应的信息，通过驱动材料自适应刚度或阻尼实时改变结构的参数，实现动态控制，具有较好的灵活性和控制效果。

智能材料在结构控制中的应用已成为振动控制研究的前沿领域，在结构半主动控制中具有广阔的应用前景。超磁致伸缩材料(Giant magnetostrictive material.GMM)是一种新型智能材料，具有磁致伸缩应变及推力大、能量转换效率高、响应速度快等优点，具有机械能与电磁能间的双向可逆换能效应。利用其受力后发生磁致伸缩逆效应的特性，可将机械能转化为电磁能；同时，当GMM材料周围的磁场发生变化时，其长度会发生较大变化，利用这一特性可以实现刚度的调节。负刚度阻尼装置是近年来发展起来的一种新的隔振减振系统，对低频振动的抑制具有良好的效果，但是目前对可变负刚度的半主动控制型减振装置研究较少。

发明内容

本发明目的是提供一种半主动负刚度多维减振装置，旨在减小大跨度结构、长悬臂及高耸结构在环境荷载激励作用下的水平和竖向的振动及扭转响应，达到耗能减振的目的。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种半主动负刚度多维减振装置，包括一个外箱体，所述的外箱体内部设有调谐液体阻尼器、负刚度机构和磁致伸缩振动发电单元。所述的调谐液体阻尼器为一个装有阻尼液的圆筒，圆筒的侧面通过多个一端接有滚球的弹簧与外箱体内侧的吸振层相连，所述的圆筒放置在若干金属球上，所述的金属球放置在一个鼓形体上方的球形凹槽内。所述的鼓形体与其四周呈放射状布置的负刚度调节单元构成了负刚度机构，所述的负刚度调节单元包括超磁致伸缩杆、预压弹簧、直线轴承和外圈的励磁线圈，所述的超磁致伸缩杆的一端通过预压弹簧保持压紧状态，另一端上设有贴合鼓形体外表面滚动的滚轮。在所述的外箱体内底部设有超磁致伸缩体，与鼓形体之间通过碟簧相连，所述的超磁致伸缩体的四周由内向外设有感应线圈和永磁体，构成磁致伸缩振动发电单元。所述的鼓形体底部设有加速度传感器，与所述的磁致伸缩振动发电单元、电能存储与提取单元、控制器以及励磁线圈串联形成闭合回路。

进一步的，所述的外箱体与圆筒均为圆柱形的金属筒状结构，且两者同轴安装。

进一步的，所述的圆筒的内部装有一定高度的阻尼液，圆筒内环周竖向布置若干片阻尼网，可通过调节阻尼液的高度和阻尼网的网孔尺寸，调节调谐液体阻尼器的阻尼比。

进一步的，所述的弹簧在外箱体与圆筒之间呈放射状均匀分布，弹簧的数量根据实际需要而定，且不少于4个。弹簧采用形状记忆合金材料，具有较好的自复位性能。

进一步的，所述的弹簧与滚球之间、超磁致伸缩杆与滚轮之间设有保持器，在两者的接触间隙涂有润滑油。进一步的，在所述的圆筒与金属球相接触的部分涂有润滑油。