非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及結(jié)構(gòu)工程振動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種減小輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)振動(dòng)響 應(yīng)的非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 我國是自然災(zāi)害頻發(fā)的國家，輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)荷載作用下倒塌破壞 時(shí)有發(fā)生，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，降低輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)，確保其在地 震或風(fēng)荷載作用下安全運(yùn)行，具有十分重大的意義。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就是通過在結(jié)構(gòu)上設(shè)置 一些控制裝置，從而改善結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。當(dāng)結(jié)構(gòu)受風(fēng)荷載、地震作用等激勵(lì)時(shí)，運(yùn)些控制 裝置就會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一組被動(dòng)或主動(dòng)的控制力，使結(jié)構(gòu)的反應(yīng)得W顯著降低。結(jié)構(gòu)控制是 一種不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的全新的積極主動(dòng)的方法，它改變了利用承重結(jié)構(gòu)本身來抵 御橫向荷載的思想，通過應(yīng)用結(jié)構(gòu)控制的理論，可W顯著提高結(jié)構(gòu)的承載能力，降低結(jié)構(gòu)的 重量，保證結(jié)構(gòu)滿足安全性，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思想的一次飛躍。
[0003] 為解決工程結(jié)構(gòu)的減振問題，國內(nèi)外學(xué)者對減振控制技術(shù)開展了大量的研究，取 得了一系列的研究成果。被動(dòng)控制可W分為耗能減振和吸振減振兩類。其中，耗能減振技 術(shù)是在結(jié)構(gòu)上安裝耗能阻尼器，從而耗散結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量W達(dá)到減振的目的。吸振減振技 術(shù)通常在輸電塔結(jié)構(gòu)頂部安裝子結(jié)構(gòu)，如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD)、調(diào)諧液體阻尼器（TLD)或 懸掛質(zhì)量擺（SMP)。通過調(diào)節(jié)子結(jié)構(gòu)的頻率，使得子結(jié)構(gòu)和主結(jié)構(gòu)的一階頻率吻合。當(dāng)結(jié)構(gòu) 物受外界激勵(lì)振動(dòng)時(shí)，子結(jié)構(gòu)可W從結(jié)構(gòu)物上吸收動(dòng)能，并產(chǎn)生頻率相等、方向相反的慣性 力，從而降低結(jié)構(gòu)物的振動(dòng)。線性動(dòng)力吸振器的應(yīng)用已經(jīng)有了比較長的歷史，若激擾頻率固 定不變，采用線性動(dòng)力吸振器，可W做到使主振幅為零，吸振效果達(dá)到最佳的理想狀態(tài)。若 激振頻率稍有改變，可能使工作頻率從反共振點(diǎn)偏移而接近任一共振點(diǎn)，所W線性吸振器 不適用于變速的情況。因此，本發(fā)明結(jié)合彈黃擺的非線性動(dòng)力吸振和電磁耗能的特點(diǎn)，提出 非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為輸電塔等塔式結(jié)構(gòu)提供一種非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置，對 運(yùn)種結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)進(jìn)行控制。 陽〇化]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：
[0006] 非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置，包括一個(gè)箱體，所述箱體的頂面和底面之間形成 均勻的磁場，且在磁場內(nèi)垂直的安裝有與箱體的頂面相連的彈黃擺，所述的彈黃擺能在磁 場內(nèi)沿多個(gè)方向來回?cái)[動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式為彈黃振動(dòng)和整體擺動(dòng)兩種模態(tài)的禪合，當(dāng)滿足內(nèi) 共振條件時(shí)，會發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)，從而達(dá)到非線性吸振的效果。所述彈黃擺動(dòng) 頻率與被控結(jié)構(gòu)的主振頻率保持一致，彈黃擺的振動(dòng)模態(tài)與擺動(dòng)模態(tài)強(qiáng)烈禪合，實(shí)現(xiàn)內(nèi)共 振特性，W達(dá)到最優(yōu)的吸振減振效果。另外，質(zhì)量塊擺動(dòng)過程中切割磁感線形成閉合回路， 滿流會轉(zhuǎn)化為電阻熱而耗散掉，能達(dá)到較好的耗能效果。
[0007] 在箱體的上、下面內(nèi)各設(shè)置一個(gè)永久磁鐵形成從下到上由N到S的均勻磁場。
[0008] 所述的磁場通過在箱體的上、下面內(nèi)各設(shè)置一個(gè)永久磁鐵形成。
[0009] 所述的彈性裝置包括一個(gè)彈黃和一個(gè)垂直穿過彈黃的彈性絞線。
[0010] 所述的彈黃采用馬氏體形狀記憶合金高阻尼彈黃，該合金具有高阻尼的特性，彈 黃中間設(shè)置一根彈性絞線，所述的彈性絞線采用奧氏體形狀記憶合金超彈性絞線，該合金 具有超彈性自復(fù)位能力，與彈黃配合使用，在彈黃損壞的情況下，可W起到保護(hù)質(zhì)量塊的作 用。
[0011] 所述質(zhì)量塊為裹有侶板的奧氏體不誘鋼的柵欄式組合塊，該不誘鋼導(dǎo)磁性小，不 易被磁鐵吸引，而侶導(dǎo)電性強(qiáng)，產(chǎn)生滿流大，散熱性能好。
[0012] 所述彈黃的長度根據(jù)主結(jié)構(gòu)的主頻率決定。
[0013] 彈黃擺由彈黃和懸掛的質(zhì)量塊構(gòu)成，彈黃剛度系數(shù)為心，彈黃原長為1。"，在重力 作用下的長度為1。，質(zhì)量塊重量為mp。關(guān)系如下：
[0014] Wpk (1)
[0015] 根據(jù)單擺擺長與頻率的關(guān)系，可W確定懸掛質(zhì)量擺的擺長，進(jìn)而得到彈黃擺擺長 也可根據(jù)此式計(jì)算
[0016] 式中，f是主結(jié)構(gòu)的一階頻率，1。是彈黃擺在重力作用下的長度，彈黃擺的原長1。。 需要根據(jù)公式（1)計(jì)算。
[0017] 所述彈黃的剛度根據(jù)質(zhì)量塊的質(zhì)量和彈黃的原始長度決定。
[0018] 所述磁鐵為強(qiáng)永磁鐵，分別位于箱型結(jié)構(gòu)的頂部與底部位置。
[0019] 所述的非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置安裝在塔式結(jié)構(gòu)的頂部。
[0020] 所述彈黃擺的擺動(dòng)頻率與被控結(jié)構(gòu)的主振頻率保持一致。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] (1)本發(fā)明的非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置是一種強(qiáng)非線性系統(tǒng)，通過彈黃擺內(nèi) 共振，可W把擺動(dòng)模態(tài)的能量傳遞到振動(dòng)模態(tài)，從而吸收更多的動(dòng)能，減振效果顯著，且無 需外部能量的輸入，更容易實(shí)現(xiàn)且安全性較高；
[0023] (2)本發(fā)明基于電磁感應(yīng)原理，通過質(zhì)量塊切割磁感線，金屬板內(nèi)部形成閉合回 路，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能而消耗，增加減振裝置的耗能；
[0024] (3)該裝置中彈黃采用馬氏體形狀記憶合金材料，提高彈黃的高阻尼性能，彈黃中 間穿有奧氏體形狀記憶合金絞線，具有超彈性自復(fù)位能力，配合彈黃使用，對彈黃起到保護(hù) 的作用；
[00巧](4)該裝置原理簡單、構(gòu)造簡單，且彈黃與質(zhì)量塊為獨(dú)立結(jié)構(gòu)，具有加工方便、維護(hù) 方便等特點(diǎn)；
[0026] (5)該裝置能夠減小地震或風(fēng)荷載作用下多個(gè)方向的振動(dòng)響應(yīng)，可適用于輸電塔 及相關(guān)的塔式結(jié)構(gòu)，能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
【附圖說明】
[0027] 圖1是非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置示意圖。
[002引圖2是非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置俯視圖。
[0029] 圖3是非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置彈黃擺示意圖。
[0030] 圖4是非線性動(dòng)力吸振電磁耗能裝置安裝位置示意圖。
[0031] 圖5是圖4的局部放大圖。
[0032] 圖中：1形狀記憶合金彈黃，2質(zhì)量塊，3形狀記憶合金絞線，4磁鐵，5外箱。
【具體實(shí)施方式】
[0033] W下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明最佳的實(shí)施方式。
[0034] 近年來，目標(biāo)能量傳遞現(xiàn)象（Targeted化ergyTransfer,TET)和非線性能量阱 (Nonlinear化ergySink,肥巧等非線性動(dòng)力吸振裝置在被動(dòng)振動(dòng)控制領(lǐng)域得到了一些應(yīng) 用。TET是指一定量的能量單向、非線性地傳遞給局部振動(dòng)模態(tài)，從而降低主結(jié)構(gòu)振動(dòng)的現(xiàn) 象。肥S即為可實(shí)現(xiàn)TET的非線性吸振器。相比于傳統(tǒng)線性吸振器，它具有吸振頻帶寬，吸 振效率局的優(yōu)點(diǎn)。
[0035] 彈黃擺是一種強(qiáng)非