[发明专利]一种自感知摩擦阻尼器

说明书

本发明属于土木工程防灾减灾领域，公开了一种自感知摩擦阻尼器，从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组，摩擦起电下滑动副板组。其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为滑动副板、外层导电材料、摩擦起电正极板；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为摩擦起电负极板、内层导电材料、滑动主板、内层导电材料、摩擦起电负极板；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为摩擦起电正极板、外层导电材料、下滑动副板组成；其中摩擦起电正极板和摩擦起电负极板由两种摩擦起电性差异显著的材料制备。本发明实现了摩擦阻尼器的自感知，其结构简单，便于设计和施工。

技术领域

本发明属于土木工程防灾减灾领域，涉及一种可实现健康监测与减振一体化功能的自感知摩擦阻尼器。

背景技术

结构减振是土木工程防灾减灾关注的重点之一。安置阻尼器是一种可靠且有效的耗能减振技术。摩擦阻尼器作为一种常用的阻尼器，被广泛应用于桥梁、建筑结构的消能缓冲、消能减震。传统的摩擦阻尼器分为Pall型摩擦阻尼器、Sumitomo摩擦阻尼器、摩擦剪切铰阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器。相比其它耗能减振装置，摩擦阻尼器具有构造简单、成本低等优点，可为结构提供较大的附加阻尼，且受荷载大小和频率的影响较小，因此有广泛的应用前景。

结构健康监测是土木工程防灾减灾关注的另一个重点。现有的技术中，一般采用布置振动传感器、位移传感器、应变传感器等方法对结构的实时状况进行监测。结构的健康监测系统和振动控制系统通常是独立的，存在体系复杂、需要占据较大的空间、成本高等问题。将结构健康监测系统与减振系统进行一体化集成无疑具有重要的工程意义。

近年来，基于摩擦起电原理的摩擦纳米发电机技术应用受到关注。由于摩擦纳米发电机无需额外的传感器就可以将机械刺激转化为电信号，因而其在无源传感和自驱动传感器领域具有巨大的潜力。将摩擦发电技术与摩擦阻尼器结合，在原理上可开发出兼具耗能减振及位移监测双功能的自感知摩擦阻尼器。

发明内容

本发明的目的在于针对现有结构振动控制与健康监测相互独立的问题，提出一种自感知摩擦阻尼器。

本发明的构思如下：将传统滑动式摩擦阻尼器的同材质摩擦面用两种摩擦起电性差异显著的材料取代。当摩擦阻尼器在产生相对摩擦而耗能的过程中，摩擦面的相对接触面积减小，导致平面内电荷分离，分离的电荷会使一个摩擦面具有更高的电势。在电势差的驱使下，电子将从电势高的摩擦面流向电势低的摩擦面，而两个摩擦面间的电压差与其相对位移直接相关，从而可通过电压信号的采集监测相对位移。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种自感知摩擦阻尼器，从上到下分为三个部分：摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电滑动主板组和摩擦起电下滑动副板组；

其中，摩擦起电上滑动副板组从上至下依次为上滑动副板、外层导电材料和摩擦起电正极板；摩擦起电滑动主板组从上至下依次为摩擦起电负极板、内层导电材料、滑动主板、内层导电材料和摩擦起电负极板；摩擦起电下滑动副板组从上至下依次为摩擦起电正极板、外层导电材料和下滑动副板；

摩擦起电上滑动副板组中的上滑动副板与外层导电材料、外层导电材料与摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电下滑动副板组中的下滑动副板与外层导电材料、外层导电材料与摩擦起电正极板为粘接连接或螺栓连接；摩擦起电滑动主板组中的摩擦起电负极板与内层导电材料、内层导电材料与滑动主板为粘接连接或螺栓连接。

摩擦起电上滑动副板组、摩擦起电下滑动副板组和摩擦起电滑动主板组采用预压力限位螺栓连接。

滑动主板与主板连接板通过螺栓连接，上滑动副板及下滑动副板均与副板连接板通过螺栓连接；主板连接板及副板连接板分别连接在结构中因荷载而产生相对变形的两个位置，连接方式为螺栓连接或焊接连接；

外层导电材料引出正电极导线、内层导电材料引出负电极导线，正电极导线及负电板导线间连接电压采集器。