一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)半主動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種以磁流變彈性體為關(guān)鍵材料，剛度和阻尼可通過磁場(chǎng)調(diào)節(jié)的組合式磁流變彈性體智能隔震支座。
【背景技術(shù)】
[0002]橡膠支座隔震技術(shù)是一種成熟的結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制技術(shù)，其減振效果明顯，在近年來的幾次大地震中，大量采用橡膠隔震支座技術(shù)的結(jié)構(gòu)都經(jīng)受住了檢驗(yàn)。這種被動(dòng)控制技術(shù)實(shí)施簡(jiǎn)單，可靠性強(qiáng)，但其缺陷是在地震時(shí)，結(jié)構(gòu)不能根據(jù)不同類型的地震波輸入調(diào)整自身的剛度和阻尼。在長(zhǎng)周期地震作用下，結(jié)構(gòu)可能引發(fā)共振，導(dǎo)致隔震支座位移超出承受能力而發(fā)生整體破壞這一災(zāi)難性后果。例如1994年的北嶺地震，采用隔震的建筑破壞就較為嚴(yán)重。近年來，剛度和阻尼可即時(shí)調(diào)節(jié)的磁流變彈性體隔震支座的應(yīng)用研宄受到關(guān)注。磁流變彈性體的剛度和阻尼可隨磁場(chǎng)變化，且響應(yīng)時(shí)間在毫秒量級(jí)，還不存在磁流變液的沉淀和泄漏問題。磁流變彈性體隔震支座的出現(xiàn)，使得隔震技術(shù)發(fā)生了由被動(dòng)控制向半主動(dòng)控制的轉(zhuǎn)變。然而，現(xiàn)有的磁流變彈性體隔震支座均采用線圈外置的方式，雖然形成了閉合的磁回路，但是磁場(chǎng)在磁流變彈性體中的分布非常不均勻，且漏磁現(xiàn)象嚴(yán)重。為了保證能提供足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，往往需要很大尺寸的線圈線圈尺寸往往大于支座本身。巨大的線圈不僅使支座的生產(chǎn)、使用、維護(hù)成本成倍增加，也給設(shè)計(jì)支座布置方案和施工帶來嚴(yán)重的不便。此夕卜，巨大的線圈外置時(shí)還需要留出支座變形的空間，這就必須增加支座和線圈的間隙，加劇了漏磁現(xiàn)象。漏磁還會(huì)對(duì)周圍環(huán)境，尤其是附近的電子設(shè)備產(chǎn)生影響。另外，為了改善結(jié)構(gòu)隔震性能，有時(shí)需要減小支座的剛度和阻尼，而現(xiàn)有的磁流變彈性體支座一般只能增加剛度和阻尼，實(shí)現(xiàn)逆向調(diào)節(jié)需要長(zhǎng)時(shí)間提供磁場(chǎng)，只利用線圈幾乎難以實(shí)現(xiàn)逆向調(diào)節(jié)。
[0003]因此，重新進(jìn)行磁路設(shè)計(jì)，減少線圈的用料和能耗，降低漏磁，并改進(jìn)支座的外觀，對(duì)設(shè)計(jì)出實(shí)用的磁流變彈性體智能隔震支座是十分有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:在保證支座隔震性能前提下，如何使用較少的電能給支座提供一個(gè)穩(wěn)定、均勻且磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足要求的磁場(chǎng)，降低支座的生產(chǎn)、使用和維護(hù)成本，并盡量消除磁場(chǎng)對(duì)周圍環(huán)境的影響。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0006]一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座，包括受力組件、勵(lì)磁組件、傳感器和控制器；所述受力組件由至少兩個(gè)受力子組件構(gòu)成，每個(gè)受力子組件從內(nèi)至外由同軸的圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層、環(huán)形鉛芯及環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層組成；所述勵(lì)磁組件由至少一個(gè)勵(lì)磁子組件構(gòu)成，每個(gè)勵(lì)磁子組件從內(nèi)至外依次由同軸的鐵芯、線圈、絕緣層和導(dǎo)磁鋼圈組成；所述傳感器包括上部結(jié)構(gòu)傳感器和下部基礎(chǔ)傳感器，分別安裝在上連接板和下連接板上；控制器根據(jù)信號(hào)改變支座的剪切剛度；整個(gè)支座由保護(hù)橡膠層包裹。
[0007]所述的組合式磁流變彈性體智能隔震支座，受力子組件和勵(lì)磁子組件沿豎直方向交替排列，勵(lì)磁子組件的數(shù)目比受力子組件少一個(gè)。所述的組合式磁流變彈性體智能隔震支座，將各個(gè)勵(lì)磁子組件的內(nèi)置線圈并聯(lián)。
[0008]所述的組合式磁流變彈性體智能隔震支座，其特征是環(huán)形鉛芯灌注在圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層和環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層之間，環(huán)形鉛芯的尺寸和位置可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行調(diào)整。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的效果和益處是:
[0010]其一，一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座，將線圈內(nèi)置，極大縮短了線圈和磁流變彈性體之間的距離，且圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層和環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層形成的閉合磁回路絕大部分是磁流變彈性體，最大限度地利用了每個(gè)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)，因此線圈的尺寸得以大幅度削減，支座的生產(chǎn)、使用和維護(hù)成本大幅度降低，且支座外部幾乎無漏磁現(xiàn)象。
[0011]其二，一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座，線圈和磁流變彈性體層錯(cuò)開布置，線圈無需為磁流變彈性體預(yù)留變形空間，因而變形不會(huì)對(duì)線圈產(chǎn)生不利影響；采用多個(gè)線圈分段供磁的方式，磁流變彈性體最大限度地靠近磁源，有利于保證磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)節(jié)達(dá)到使用需要；對(duì)稱結(jié)構(gòu)亦保證了磁場(chǎng)分布均勻。
[0012]其三，一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座，圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層和環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層之間灌注環(huán)形鉛芯，既能增加支座的阻尼，又能隔磁以形成閉合磁回路；同時(shí)，線圈周圍采用硬質(zhì)絕緣層，如陶瓷等材料，兼具絕緣、隔磁、隔熱并限制環(huán)形鉛芯豎向變形的效果。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明組合式磁流變彈性體智能隔震支座的結(jié)構(gòu)豎向剖面示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座實(shí)施例的A-A截面示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座實(shí)施例的B-B截面示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明的一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座實(shí)施例的磁力線分布圖。
[0017]圖中:I上連接板；2環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層；3環(huán)形鉛芯；
[0018]4圓形磁流變彈性體_鋼板硫化萱層；5鐵芯；6線圈；7絕緣層；
[0019]8導(dǎo)磁鋼圈；9下連接板；10上部結(jié)構(gòu)傳感器；11控制器；
[0020]12下部基礎(chǔ)傳感器；13保護(hù)橡膠層；14磁力線。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0022]本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】見圖1至圖3。由豎向剖面圖圖1可知，本實(shí)施例由4個(gè)受力子組件、3個(gè)勵(lì)磁子組件、2個(gè)傳感器10、12和I個(gè)控制器11組成。與上連接板1、下連接板9相連的兩個(gè)受力子組件由三層磁流變彈性體和兩層鋼板交疊硫化成一體，并在圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層4和環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層2之間灌注環(huán)形鉛芯3 ;中間兩個(gè)受力子組件則由四層磁流變彈性體和三層鋼板交疊硫化并灌注環(huán)形鉛芯3 ;所述3個(gè)勵(lì)磁子組件的鐵芯5的上下表面焊接鋼板，線圈6纏繞在鐵芯上，并覆蓋絕緣層7，套上導(dǎo)磁鋼圈8。所述的導(dǎo)磁鋼圈8上有預(yù)留孔，引出線圈6導(dǎo)線。受力子組件和勵(lì)磁子組件交替疊放在一起置于上連接板I和下連接板9之間，通過硫化形成整體，再將保護(hù)橡膠層13通過硫化與各部件粘結(jié)。最后，在上連接板I和下連接板9上分別安裝好上部結(jié)構(gòu)傳感器10和下部基礎(chǔ)傳感器12 ;控制器11通過數(shù)據(jù)線和導(dǎo)線分別與2個(gè)傳感器10、12和線圈6相連。A-A截面示意圖圖2主要顯示勵(lì)磁子組件的平面布置，B-B截面示意圖圖3主要顯示受力子組件的平面布置。
[0023]所述的上連接板1，下連接板9，鐵芯5，導(dǎo)磁鋼圈8，鋼板均由導(dǎo)磁材料制成。磁流變彈性體、鋼板、線圈的尺寸均應(yīng)由磁場(chǎng)有限元分析得出優(yōu)化的幾何尺寸，并應(yīng)滿足現(xiàn)有橡膠隔震支座設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)要求。
[0024]所述的磁流變彈性體，是在硅橡膠基體中添加磁致顆粒，在外加磁場(chǎng)作用下固化制成的智能材料。磁流變彈性體中存在磁致顆粒形成的鏈狀或柱狀的有序結(jié)構(gòu)，在磁場(chǎng)作用下，該材料的剛度和阻尼均會(huì)增加；當(dāng)撤去磁場(chǎng)，材料的剛度和阻尼恢復(fù)到無磁場(chǎng)的狀態(tài)。磁流變彈性體具有響應(yīng)快，可逆性好的優(yōu)點(diǎn)。
[0025]本發(fā)明的磁力線走向如圖4所示:線圈6激發(fā)磁場(chǎng)，鐵芯5增加磁感應(yīng)強(qiáng)度；磁力線經(jīng)由鐵芯5、圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層4、上連接板1、環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化萱層2、鋼圈8、下連接板9回到鐵芯5，形成完整的回路。
[0026]下面簡(jiǎn)述本發(fā)明的工作過程。
[0027]當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震、強(qiáng)風(fēng)荷載等作用時(shí)，傳感器10、12會(huì)感知上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)的運(yùn)動(dòng)情況，將感知信號(hào)輸入控制器11，控制器按照事先設(shè)計(jì)好的控制策略，控制線圈6的輸入電流，改變支座的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而改變支座的剛度和阻尼，達(dá)到控制結(jié)構(gòu)震動(dòng)的目標(biāo)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座，其特征在于，該組合式磁流變彈性體智能隔震支座包括受力組件、勵(lì)磁組件、傳感器和控制器； 所述受力組件由至少兩個(gè)受力子組件構(gòu)成，每個(gè)受力子組件從內(nèi)至外由同軸的圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層、環(huán)形鉛芯及環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層組成； 所述勵(lì)磁組件由至少一個(gè)勵(lì)磁子組件構(gòu)成，每個(gè)勵(lì)磁子組件從內(nèi)至外依次由同軸的鐵芯、線圈、絕緣層和導(dǎo)磁鋼圈組成； 所述傳感器包括上部結(jié)構(gòu)傳感器和下部基礎(chǔ)傳感器，分別安裝在上連接板和下連接板上; 控制器根據(jù)信號(hào)改變支座的剪切剛度； 受力子組件和勵(lì)磁子組件沿豎直方向交替排列，勵(lì)磁子組件的數(shù)目比受力子組件少一個(gè)；勵(lì)磁子組件中各個(gè)勵(lì)磁子組件的內(nèi)置線圈并聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式磁流變彈性體智能隔震支座，其特征在于，環(huán)形鉛芯灌注在圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層和環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層之間，環(huán)形鉛芯的尺寸和位置根據(jù)設(shè)計(jì)需要進(jìn)行調(diào)整。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座，屬于結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域。主要由受力子組件、勵(lì)磁子組件、傳感器和控制器組成。所述受力子組件從內(nèi)至外由同軸的圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層、環(huán)形鉛芯及環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層組成，所述勵(lì)磁子組件自內(nèi)而外依次由同軸的鐵芯、線圈、絕緣層和導(dǎo)磁鋼圈組成，支座內(nèi)部即可形成磁回路；所述傳感器安裝在上連接板和下連接板，控制器據(jù)信號(hào)調(diào)節(jié)支座的剪切剛度。本發(fā)明充分利用材料的力學(xué)和電磁特性，空間利用率和磁場(chǎng)利用率高，磁場(chǎng)均勻且漏磁少，線圈尺寸得以大幅縮減，降低了生產(chǎn)、使用和維護(hù)成本，且外形同鉛芯橡膠支座類似，便于設(shè)計(jì)和施工。
【IPC分類】F16F9-53, F16F9-32
【公開號(hào)】CN104879431
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510152083
【發(fā)明人】歐進(jìn)萍, 王奇, 董旭峰
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年3月31日