[发明专利]一种非线性气弹簧调谐质量阻尼器

说明书

本发明公开了一种非线性气弹簧调谐质量阻尼器，包括气弹簧、质量块单元、滑轨和固定支架，所述滑轨固定设置在底板上，所述质量块单元滑动设置在所述滑轨上，所述气弹簧设有一对，通过所述固定支架设置在所述底板上的预定位置，且对称位于所述质量块单元的两侧，所述气弹簧进行预压后其端部与所述质量块单元连接。所述气弹簧能够实现刚度与阻尼一体的功能，简化TMD的配置，大幅降低后期系统维护费用，提出的非线性阻尼器具有两阶段减振机制，相比传统TMD，其减振频带较宽，且工作冲程更短，优势显著，弥补了传统TMD的空间局限性缺陷。

技术领域

本发明属于土木工程的振动控制领域，具体涉及一种非线性气弹簧调谐质量阻尼器。

背景技术

结构振动控制技术被公认为是一种抑制结构不良振动的有效手段，无论是地震还是风荷载激励。其中，调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)作为一种成熟的定量设计方法，被广泛用于实际工程结构减振，例如，台北101大楼，上海中心等。然而，传统的调谐质量阻尼技术存在自身缺陷，主要体现在减振频带较窄、工作行程较大，这也极大的限制了实际工程应用。因此，相关学者将非线性机理引入传统的TMD中，以克服其固有缺陷，例如，SMA-TMD，Pounding-TMD等，这些阻尼器均表现出良好的减振性能。由此可见，在线性TMD系统引入非线性机制可以有效的提高阻尼系统控制性能，可靠性良好。

1847年，John Lewis最先提出了气弹簧(Gas spring)的概念，后续被广泛应用于机械、航空航天等领域。气弹簧是一种充满压缩气体的密封容器，主要依靠非线性回复力来实现其弹性效应。目前，气弹簧在机械等领域通常被用做缓冲和隔离元件，例如提高汽车悬架系统的舒适性，减振精密仪器和机械设备的振动，在这些方面气弹簧表现出了优异的非线性性能。

因此，将气弹簧引入结构振动控制领域，结合传统调谐质量阻尼技术研发新型阻尼系统是一项非常有潜力的工作。

发明内容

本发明的目的就是为了进一步改善结构振动控制效果，提供一种非线性气弹簧调谐质量阻尼器，本发明提供的非线性气弹簧调谐质量阻尼器，通过调谐功能将主结构的振动能量传递至阻尼系统，进而利用黏滞阻尼系统将能量耗散。所提出的新型气弹簧是刚度和阻尼一体功能，且弹簧刚度具有强非线性特性，该非线性阻尼器抑制地震和风振效果显著，相比于传统的TMD，其减振频带较宽，工作冲程更短。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种非线性气弹簧调谐质量阻尼器，包括气弹簧、质量块单元、滑轨和固定支架，所述滑轨固定设置在底板上，所述质量块单元滑动设置在所述滑轨上，所述气弹簧设有一对，通过所述固定支架设置在所述底板上的预定位置，且对称位于所述质量块单元的两侧，所述气弹簧进行预压后其端部与所述质量块单元连接。

所述气弹簧能够实现刚度与阻尼一体的功能，简化TMD的配置，大幅降低后期系统维护费用，提出的非线性阻尼器具有两阶段减振机制，相比传统TMD，其减振频带较宽，且工作冲程更短，优势显著，弥补了传统TMD的空间局限性缺陷。

进一步地，所述的气弹簧包括气弹簧腔体和阻尼腔体，所述气弹簧腔体和阻尼腔体内分别设有活塞和活塞杆，并通过活塞杆与所述质量块单元连接，所述阻尼腔体内的活塞带孔。

所述气弹簧包括气弹簧腔体和阻尼腔体两部分，可实现刚度与阻尼一体的功能，气弹簧腔体的活塞一侧充满气体，一侧与外界连通，可在弹性回复力下自由运动，阻尼腔体内部充满阻尼介质，活塞带孔，运动过程中介质流经圆孔产生阻尼力。

所述的气弹簧刚度和回复力具有强非线性特性，明显区别于普通线性钢弹簧，是核心构件。

进一步地，所述的气弹簧腔体内部气体可以是空气、氮气或氦气，按需选择，刚度大小与气压关系密切，可根据理想气体状态方程推算，仅活塞1-2一侧有气体，另一侧与外界联通；