[发明专利]一种基于剪切增稠液体的自适应调谐质量阻尼器

说明书

本发明提供了一种基于剪切增稠液体的自适应调谐质量阻尼器，包括底座、两个侧板、圆轴、质量块、两组聚氨酯螺旋软管，直线轴承和两组拉簧，两侧板互相对称与底座垂直固定连接，在两侧板和质量块之间均安装有拉簧，在两组侧板和质量块之间均安装有聚氨酯螺旋软管，每个聚氨酯螺旋软管内部充满剪切增稠液体；当质量块发生左、右往复运动时，聚氨酯螺旋软管及其内部的剪切增稠液体发生剪切运动，此时剪切增稠液体依据当前振动速度下的粘性系数产生剪切应力，进而产生不同的刚度，实现对本阻尼器整体刚度的自适应调节。本发明结构简单，适用范围广，不需要依赖任何外部措施，能够自主整体刚度的自适应调节。

技术领域

本发明属于土木工程振动控制领域，具体涉及一种基于剪切增稠液体的自适应调谐质量阻尼器。

背景技术

调谐质量阻尼器是一种经济可靠的减振装置，广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁等结构的抗风抗震设计。其基本构成包括质量块和弹性元件，二者构成具有一定自振频率的振子。调谐质量阻尼器的工作机理是设计质量块和弹性元件的参数，使得调谐质量阻尼器的自振频率与被控结构的某一模态自振频率相吻合，此时，调谐质量阻尼器的振子可以最大限度的吸收被控结构的振动能量，发挥最优的控制效果，减小结构的动力响应。

然而，实际运用中，建筑结构的自振频率很难精准测定，当调谐质量阻尼器的自振频率与建筑结构的真实频率相差较远时，其减振效果将大幅下降；更重要的是，在外部风、地震等荷载作用下，建筑结构振动往往表现出多模态特性，不同时刻发生不同模态的振动，或者多个模态同时叠加发生。而调谐质量阻尼器的质量和刚度参数往往针对某一模态优化，无法根据外部振动而自适应的变化，因而对其他模态振动的控制效果较弱。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种基于剪切增稠液体的自适应调谐质量阻尼器，利用剪切增稠液体粘性系数随剪切速率变化的力学特性，实现对整体刚度的自适应调节，使得调谐质量阻尼器本身自振频率与结构当前模态频率相接近，从而在不同模态下始终发挥最优减振控制效果。

本发明所采用的技术方案如下:一种基于剪切增稠液体的自适应调谐质量阻尼器，包括底座、两个侧板、圆轴、质量块、两组聚氨酯螺旋软管，直线轴承和两组拉簧，两侧板互相对称与底座垂直固定连接，所述的圆轴的两端分别与两侧板固定连接，质量块开有通孔，通孔内装有直线轴承，质量块通过直线轴承与圆轴滑动连接；在两侧板和质量块之间均安装有拉簧，两个拉簧提供初始刚度，并使得质量块在静止状态下位于平衡位置；在两组侧板和质量块之间均安装有聚氨酯螺旋软管，每个聚氨酯螺旋软管的一端与质量块固定连接，另外一端与侧板固定连接；每个聚氨酯螺旋软管内部充满剪切增稠液体；当质量块发生左、右往复运动时，所述聚氨酯螺旋软管及其内部的剪切增稠液体发生剪切运动，此时剪切增稠液体依据当前振动速度下的粘性系数产生剪切应力，实现对本阻尼器整体刚度的自适应调节。

本发明还具有如下技术特征：如上所述的一种基于剪切增稠液体的自适应调谐质量阻尼器，其内部充满剪切增稠液体的聚氨酯螺旋软管提供的刚度为：

式中：k是内部充满剪切增稠液体的聚氨酯螺旋软管提供的刚度；

G是聚氨酯螺旋软管的剪切模量；

d_ext是聚氨酯螺旋软管的外径；

d_int是聚氨酯螺旋软管的内径；

N是聚氨酯螺旋软管的有效圈数；

D是聚氨酯螺旋软管的中径；

τ(ω)是剪切增稠液体实现的剪切应力，随着剪切速率变化而变化，与振动频率ω相关；当结构发生不同模态振动时，振动频率发生改变，对应的剪切速率发生变化，此时剪切增稠液体实现的刚度发生改变，使得本阻尼器自身频率与当前振动相接近，始终保持最优减振控制效果。