[发明专利]一种具有多稳态的非线性能量阱装置

说明书

本发明涉及一种具有多稳态的非线性能量阱装置，该装置包括有与外部主结构相连的基底承台板(1)、直线导轨(2)、振子托板(5)、直线轴承(3)，并使用螺栓将振子(11)与振子托板(5)相连；将一对带有长导向管(7)的处于原长拉压长弹簧k₁(6)、一对短导向管(9)原长拉短压弹簧k₂(8)对称布置于振子(11)两侧与直线导轨(2)相垂直的方向上；并且这两对弹簧处于平衡位置的长度不同与振子之间的夹角也不相同；同时，磁流变阻尼器(4)的两端采用销轴(10)分别与振子(11)和挡板(12)相连接。该结构与现有的非线性能量阱减振装置相比，具有吸振频率更宽、鲁棒性更好以及耗能效果更佳等优点。

技术领域

本发明涉及一种减振耗能装置，特别是涉及一种具有多次稳态跃迁的非线性能量阱装置。

背景技术

非线性能量阱装置由于其具有靶能量传递的特性，在航空中将其用来作为一种吸振耗能的装置，由于这种装置具有减振频带宽、吸振耗能效率高以及质量小等优点，已经逐渐尝试在土木工程领域中应用。现已广泛应用于高层结构抗震中的装置主要是调质阻尼器(TMD)，将这种阻尼器的自振频率调整至主结构的自振频率附近时，可以在一定程度上实现与主结构呈相反方向的调谐运动，从而减小主结构的振幅，并通过其自身附加的阻尼器装置消耗TMD中的能量，实现结构的减振。但这种装置只能针对主结构的振动基频附近产生良好的减振效果，一旦主结构受到较大冲击或者主结构在长时间服役之后由于其刚度的改变导致基频的变化抑或是TMD自身受到破坏，导致主结构的振动频率与TMD的基频有相差时，TMD就不会起到对主结构的减振作用。现有的非线性能量阱装置包括有立方刚度NES、负刚度NES、轨道型NES、附加单边碰振的轨道型NES以及弹簧摆NES等，这些能量阱装置具有较高的鲁棒性，较宽的吸振频带，并且能够吸收并消耗结构中的能量。

现有的非线性能量阱装置(NES)，其主要结构是由弹簧、振子以及阻尼器构成。其中弹簧是由一对刚度和长度都相等的弹簧组成，阻尼器大多采用的是碰撞阻尼或者摩擦阻尼，难以对NES装置的阻尼进行变换，故需要将阻尼可调的磁流变阻尼器引入其中，通过调节阻尼大小使得系统具有更优的靶能量传输与耗能效率。同时在NES装置中引入两对弹簧，提供更宽的吸振频带、更优的鲁棒性能以及更强的非线性恢复力。

本发明是一种最具前景的结构吸振、减振耗能装置，将在土木工程领域减振方面具有广泛应用的前景。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种具有多稳态的非线性能量阱装置。将两对刚度以及原长都不同的拉压弹簧引入到非线性能量阱装置中，使得非线性能量阱装置具有更强的线性刚度以及立方刚度，增加非线性能量阱装置的吸振频带，并有更强的恢复力。同时将磁流变阻尼器引入到非线性能量阱装置中，可以根据主结构的特性调节磁流变阻尼器的阻尼大小使得非线性阻尼器装置具有更优的减振耗能特性。这种非线性能量阱装置可以作为半主动控制应用在土木工程领域吸振、减振中。

技术方案：本发明的一种具有多稳态的非线性能量阱装置包括有与外部主结构相连的基底承台板，安装在基底承台板上的两根平行的直线导轨，在直线导轨上布置带有振子托板的直线轴承，并使用螺栓将振子与振子托板相连；并将一对带有长导向管的处于原长拉压长弹簧k₁、一对短导向管原长拉短压弹簧k₂对称布置于振子两侧与直线导轨相垂直的方向上；原长拉压长弹簧k₁、原长拉压短弹簧k₂的一端采用销轴分别与振子相连，另一端分别与挡板相连，并且这两对弹簧处于平衡位置的长度不同与振子之间的夹角也不相同；同时，磁流变阻尼器的两端采用销轴分别与振子和挡板相连接。

所述在振子四周的运动方向分别设置有挡板，防止因磁流变阻尼器失效或者振子行程过大导致振子脱离直线导轨。

所述的振子质量根据主结构的刚度特性来调节振子与外部主结构的质量比，使得非线性多稳态能量阱装置具有适应于主结构的最佳的鲁棒性能。