[发明专利]一种三维耦合碰撞轨道型非线性消振装置

说明书

本发明的目的在于提供一种三维耦合碰撞轨道型非线性消振装置，包括上层轨道结构、下层轨道结构、碰撞顶板、碰撞体，上层轨道结构位于下层轨道结构之上，碰撞顶板同时连接上层轨道结构和下层轨道结构，上层轨道结构、下层轨道结构以及碰撞顶板构成封闭空间，碰撞体位于封闭空间里，下层轨道结构上设置连接待减振结构的螺栓孔。本发明通过结合碰撞与特定轨道约束，实现振动在三维空间内耦合并在特定方向快速耗散的独特性能。本发明用球形碰撞体的碰撞实现对系统中能量的迅速耗散，具有结构简单、易于实现、可靠性高、成本低、能量耗散效率高、振动控制效果好等显著优点，具有良好的工程应用前景。

技术领域

本发明涉及的是一种结构工程振动控制装置，具体地说是被动消振装置。

背景技术

在冲击、爆破等极端载荷作用下，结构常常因强烈的冲击而发生破坏。抑制结构振动和冲击响应一直是各国学者研究的热点。对于工程中常见的结构，如建筑结构、船舶结构、航空航天结构等，通常存在不同方向抵抗振动冲击性能不一致的情形，比如楼房结构通常在水平方向更容易发生破坏而在竖直方向具有很高的抗冲击强度。实现将结构容易发生破坏方向的振动转移至结构强度较高方向的振动将有效地保护结构免受破坏，提高结构的安全性。在实际中，结构所受的冲击可能来自各个方向：对于建筑结构，地震、风载等可能来自多个方向；对于船舶结构，海浪冲击，爆炸以及撞击等可能从各个方向对船舶安全运行造成威胁；对于航天飞机，气流的强度、扰动方向等都具有很强的不确定性。因此，通过合理设计减振设备，使其具有控制多个方向的振动和冲击响应的性能具有重要的工程意义。

随着人们对非线性现象研究的不断深入，非线性结构具有区别于线性结构明显的特征和诸多优点，逐渐被学者引入到结构振动控制装置的设计之中。由于碰撞发生时会产生很强的非线性回复力，碰撞本身能够迅速耗散能量，常常被引入到消振装置的设计之中。运动块之间的冲击力可以迅速改变振动系统的动量。通过质量块与初级结构的质量之间的动量交换，可以减轻初级结构的共振，这是根据力的效应说明碰撞减振的工作原理。质量块与初级结构之间通常是非完全弹性碰撞，会消耗主振动系统的动能，这是从能量角度说明碰撞减振的工作原理。二者是同一力学过程在力和能量两个层面的不同反映。对于利用碰撞动力学原理设计出的消振装置，通常具有结构简单、易于实现，维护保养成本低，结构响应控制效果好等优点，是一类很有前途的被动减振装置。

公开号为CN105239692B的专利提出了一种非线性轨道式颗粒阻尼器，该发明利用阻尼器质量体自身的振动以及腔体内颗粒的摩擦碰撞等方式进行耗能，且将阻尼腔体单元外置。然而该装置利用腔体内颗粒的摩擦碰撞等方式实现能量耗散，并不是利用阻尼器质量体自身与待减振结构之间的碰撞进行能量耗散。同时，该发明专利的设计仅以控制某一方向的振动为目的，并未考虑多个方向的振动控制应用情景。

公开号为CN208219893U的专利提出了非线性质量阻尼器，该发明利用附加质量沿轨道运动时，其在曲线轨道上起伏所产生的作用力在水平方向的分力为轨道所提供的回复力，表现为轨道上附加质量的自振频率是变化的，以实现非线性质量阻尼器消振效果。同样的，该发明专利仅针对单方向控制结构振动，并未针对多方向耦合振动进行设计。并且为防止附加质量在相对于轨道运动时从轨道端部脱出，该发明提及可在轨道两端设置限制，而未考虑利用碰撞动力学原理将能量耗散。

发明内容

本发明的目的在于提供实现控制结构多个方向振动的一种三维耦合碰撞轨道型非线性消振装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种三维耦合碰撞轨道型非线性消振装置，其特征是：包括上层轨道结构、下层轨道结构、碰撞顶板、碰撞体，上层轨道结构位于下层轨道结构之上，碰撞顶板同时连接上层轨道结构和下层轨道结构，上层轨道结构、下层轨道结构以及碰撞顶板构成封闭空间，碰撞体位于封闭空间里，下层轨道结构上设置连接待减振结构的螺栓孔。

本发明还可以包括：