本發(fā)明屬于土木工程、振動控制，具體涉及一種自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器。

背景技術(shù)：

1、對于高層與超高層建筑、大跨度橋梁，風(fēng)荷載是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、舒適性降低的罪魁禍首。早期通過結(jié)構(gòu)自身的加固和加強抵抗風(fēng)振的影響。1960年由kabori和minai提出了風(fēng)振控制的概念，與結(jié)構(gòu)自身的加固和加強相比，風(fēng)振控制在結(jié)構(gòu)中引進附加控制系統(tǒng),具有明顯的優(yōu)勢，風(fēng)振動控制按照是否有外部能源輸入可分為主動控制（有外部能源輸入）半主動控制（部分能源輸入）和被動控制（無外部能源輸入）。當(dāng)風(fēng)振控制為主動控制時，通常采用主動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和主動質(zhì)量阻尼器等；當(dāng)風(fēng)振控制為半主動控制時，通常采用主動變剛度系統(tǒng)和主動變阻尼系統(tǒng)；當(dāng)風(fēng)振控制為被動控制時，通常設(shè)置耗能元件達到控制效果。

2、調(diào)諧液柱阻尼器通常為u型的矩形水箱，水箱中盛滿液體，通過調(diào)節(jié)液體長度使得阻尼器頻率接近受控對象的頻率，振動時依靠液體運動和邊界層中的粘性作用導(dǎo)致的液體水頭損失而實現(xiàn)消能。一般的調(diào)諧液柱阻尼器只能控制結(jié)構(gòu)單一方向的振動響應(yīng)，且不能實時調(diào)節(jié)阻尼器的自身參數(shù)，即使能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)阻尼器自身參數(shù)，在極端情況下也不能夠保持供能的穩(wěn)定性。

3、形狀不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)在臺風(fēng)作用下不但有平動位移，還會有扭轉(zhuǎn)響應(yīng)。扭轉(zhuǎn)響應(yīng)不但會進一步放大結(jié)構(gòu)的平動響應(yīng)，還會造成結(jié)構(gòu)構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)破壞。因此，同時控制結(jié)構(gòu)在臺風(fēng)下的平動與扭轉(zhuǎn)響應(yīng)是很重要的。同時，目前工程中應(yīng)用的質(zhì)量阻尼器只能控制結(jié)構(gòu)的單向振動，若要同時控制結(jié)構(gòu)的雙向振動，需要布置至少兩個質(zhì)量阻尼器，這不但會占用建筑使用空間，對樓層造成集中荷載的負擔(dān)，還會引起建造成本的提高。因此，發(fā)明一種可以同時控制結(jié)構(gòu)的雙向振動與扭轉(zhuǎn)響應(yīng)的新型阻尼器是很有價值的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，本發(fā)明提供了一種自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，能夠?qū)崟r調(diào)節(jié)自身的振動主方向和阻尼，控制結(jié)構(gòu)平動響應(yīng)與扭轉(zhuǎn)，在極端環(huán)境下也能實現(xiàn)自供電，相比于傳統(tǒng)的調(diào)諧液體阻尼器具有更好的適應(yīng)能力和振動控制效果。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

3、自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，包括阻尼系統(tǒng)、滑軌系統(tǒng)、平扭耦聯(lián)機構(gòu)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、自供電部分，其中：

4、所述阻尼系統(tǒng)，包括u型液柱阻尼器10、磁流變液11、勵磁線圈12和隔磁網(wǎng)8，所述磁流變液11設(shè)置于u型液柱阻尼器10腔體內(nèi)，勵磁線圈12設(shè)置于u型液柱阻尼器10的豎直段外側(cè)，隔磁網(wǎng)8設(shè)置在u型液柱阻尼器10的水平段和部分豎直段內(nèi)側(cè)；

5、所述滑軌系統(tǒng)，包括環(huán)形軌道4、滑輪架15和滑輪5，所述滑輪5限位在環(huán)形軌道4上，并能沿環(huán)形軌道4滑動，滑輪5通過滑輪架15與所述阻尼系統(tǒng)的u型液柱阻尼器10連接，從而實現(xiàn)u型液柱阻尼器10通過滑輪5在環(huán)形軌道4上滑動；

6、所述平扭耦聯(lián)機構(gòu)，包括扭轉(zhuǎn)彈簧支座2、扭轉(zhuǎn)彈簧3、旋轉(zhuǎn)桿7、阻尼器支架9，所述扭轉(zhuǎn)彈簧支座2固定在結(jié)構(gòu)上；所述扭轉(zhuǎn)彈簧3，其下端固定至扭轉(zhuǎn)彈簧支座3，其上端固定至環(huán)形軌道4的底部；所述旋轉(zhuǎn)桿7，其下端固定至環(huán)形軌道4底部，其上端和阻尼器支架9連接固定；所述阻尼器支架9連接至u型液體阻尼器底部中央；

7、所述自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括處理與控制中樞1、加速度計14、風(fēng)速儀16、液位計17，所述加速度計14、風(fēng)速儀16安裝在結(jié)構(gòu)上；所述液位計17安裝在u型液體阻尼器10底部；所述處理與控制中樞1的輸入與加速度計14和風(fēng)速儀16電連接，接收加速度計14和風(fēng)速儀16以及液位計17的信號，進行結(jié)構(gòu)平面內(nèi)振動主方向的確定與阻尼的實時調(diào)節(jié)；

8、所述自供電部分，包括壓電陶瓷6和可變電流電源13，所述壓電陶瓷6與可變電流電源13連接，所述可變電流電源13與處理與控制中樞1以及阻尼系統(tǒng)的勵磁線圈12連接；所述壓電陶瓷6布置在環(huán)形軌道4表面，壓電陶瓷6受壓后將機械能轉(zhuǎn)化為電能，并存儲于可變電流電源13，所述可變電流電源13為處理與控制中樞1和勵磁線圈12供電。

9、由于采用上述方案，本發(fā)明具有以下有益效果：

10、第一、本發(fā)明的自適應(yīng)液體阻尼器可沿環(huán)形軌道旋轉(zhuǎn)，確保最佳的振動主方向，以提高阻尼器的振動控制效果。

11、第二、本發(fā)明的自適應(yīng)液體阻尼器能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)平動與扭轉(zhuǎn)的耦聯(lián)控制，相比傳統(tǒng)的液體阻尼器具有更好的穩(wěn)定性。

12、第三、本發(fā)明的自適應(yīng)液體阻尼器能夠改變自身阻尼，相比傳統(tǒng)的液體阻尼器不可變阻尼，本發(fā)明有著更佳的減振性能。

13、第四、本發(fā)明的自適應(yīng)液體阻尼器能夠利用壓電陶瓷將機械能轉(zhuǎn)化為電能進行自供電，確保了極端情況下阻尼器的振動控制效果。

技術(shù)特征：

1.自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，包括阻尼系統(tǒng)、滑軌系統(tǒng)、平扭耦聯(lián)機構(gòu)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、自供電部分，其中：

2.如權(quán)利要求1所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，所述滑輪架（15）和滑輪（5）有兩組，分別位于所述阻尼系統(tǒng)的u型液柱阻尼器（10）底部兩端。

3.如權(quán)利要求1所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，所述滑輪（5）與所述滑輪架（15）之間使用螺栓穿孔連接，所述u型液柱阻尼器（10）通過螺栓連接固定在滑輪架（15）上。

4.如權(quán)利要求1所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)桿（7）由步進電機驅(qū)動；

5.如權(quán)利要求1所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，在結(jié)構(gòu)x、y雙向均安裝有所述加速度計（14）和風(fēng)速儀（16）；在u型液體阻尼器（10）底部兩端均安裝有所述液位計（17）。

6.如權(quán)利要求1所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，實現(xiàn)三級調(diào)控：

7.如權(quán)利要求6所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，所述第二級調(diào)控：

8.如權(quán)利要求6所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，所述第三級調(diào)控：

9.如權(quán)利要求1所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，隔磁網(wǎng)（8）的厚度為3?cm~10?cm。

10.如權(quán)利要求1所述的自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，其特征在于，滑輪架（15）與環(huán)形軌道（4）間留有5?mm~1.5?cm的縫隙。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了自供電的旋轉(zhuǎn)式平扭耦聯(lián)的自適應(yīng)液體阻尼器，包括阻尼系統(tǒng)、滑軌系統(tǒng)、平扭耦聯(lián)機構(gòu)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、自供電部分。其中：阻尼系統(tǒng)，包括U型液柱阻尼器、磁流變液、勵磁線圈和隔磁網(wǎng)；滑軌系統(tǒng)，包括環(huán)形軌道、滑輪架和滑輪；平扭耦聯(lián)機構(gòu)，包括扭轉(zhuǎn)彈簧支座、扭轉(zhuǎn)彈簧、旋轉(zhuǎn)桿、阻尼器支架；自適應(yīng)控制系統(tǒng)，包括處理與控制中樞、加速度計、風(fēng)速儀、液位計；自供電部分，包括壓電陶瓷和可變電流電源。本發(fā)明可同時控制結(jié)構(gòu)的平動響應(yīng)與扭轉(zhuǎn)響應(yīng)，實現(xiàn)自適應(yīng)平扭耦聯(lián)控制，提高風(fēng)振控制性能，保障結(jié)構(gòu)的舒適性與安全性。此外，本發(fā)明利用壓電陶瓷將機械能轉(zhuǎn)化為電能進行自供電，確保了極端情況下阻尼器的振動控制效果。

技術(shù)研發(fā)人員：付聰,王梁坤,王志鵬
受保護的技術(shù)使用者：同濟大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2