[发明专利]一种阻尼力可控型粘滞阻尼器及其智能监测与控制系统

说明书

技术领域

本发明属于结构减震技术领域，更具体地，涉及一种阻尼力可控型粘滞阻尼器及其智能监测与控制系统。

背景技术

阻尼器是以一种提供运动阻力来实现耗减运动能量的装置。从二十世纪七十年代后，阻尼技术开始逐步用于建筑、桥梁、铁路等结构工程中，并获得了迅猛的发展。目前，阻尼器主要分为弹簧阻尼器、液压阻尼器、旋转阻尼器、粘滞阻尼器等，其中粘滞阻尼器的工作原理是根据流体运动，特别是流体经过节流孔时会产生粘滞阻力的效应而制成的阻尼器。由于其具备自身刚度不定、抗侯性好、既可降低结构应力也能降低反应位移等优点，因此广泛应用于高层建筑、桥梁、建筑结构抗震改造、工业管道设备抗振以及军工等领域。

粘滞阻尼器的基本公式为F=CVa，其中F表示阻尼力，C是阻尼系数，V表示活塞运动的速度，a是速度指数。从公式可以看出，粘滞阻尼器属于速度型阻尼器，其速度指数直接影响到阻尼器的耗能性能。对于粘滞阻尼器的阻尼耗能材料而言，目前通常使用的主要包括硅胶和硅油等类型。硅胶虽然具备较好的粘温性、防潮绝电，压缩变形小，但存在温度稳定等性能较差的缺陷；硅油由于具备良好的耐热、耐氧化和耐低温性能，同时不易挥发、耐压缩力大，表明张力小，化学性稳定，因此目前在业界作为主流的粘滞耗能材料。

然而，现有技术中的粘滞阻尼器的工作速度都是是预先设计的，一旦结构工程的振动大于粘滞阻尼器的设计值，就可能造成阻尼器的损坏并对工程结构的安全性造成很大影响；此外，当粘滞阻尼器安装到结构工程上之后，工程结构的振动受力及所产生位移的状况不能被有效监测，从而无法对工程结构的振动状态进行及时、有效的监控和相应控制。相应地，在相关领域中存在着对上述类型阻尼器的构造及其配套使用方式作出进一步改进的技术需求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提出一种阻尼力可控型的粘滞阻尼器及其智能监测与控制系统，其中通过对阻尼耗能材料的构成及关键性能参数的改进，能够实现对阻尼器阻尼力的有效控制；此外通过设计相关的监测与控制系统，可以对阻尼器运行状态实现实时、智能检测及调整控制，从而达到对工程结构安全的更好保护。

按照本发明的一个方面，提供了一种阻尼力可控型的粘滞阻尼器，该阻尼器包括缸体、活塞和活塞杆，其特征在于：

缸体内部被分隔为主缸和副缸，其中主缸内充有由聚乙二醇和纳米量级二氧化硅粒子共同组成的阻尼介质，并且二氧化硅粒子悬浮分散在呈流体状态的聚乙二醇中；

所述活塞设置在主缸内部并可沿其轴向方向来回移动，由此带动与之相连的活塞杆一同移动；所述活塞杆的一端贯穿开设在活塞上的阻尼孔，另外一端伸入至副缸中。

通过以上构思，当此粘滞阻尼器工作时，活塞会在主缸和副缸内来回运动，并且阻尼介质经过阻尼孔时会产生粘滞阻力，由此起到抗震减阻的效果。此外，由于选择由聚乙二醇和悬浮其中的纳米二氧化硅粒子来组成阻尼材料，流动性较强的聚乙二醇与坚硬的二氧化硅粒子结合之后，二氧化硅微粒会融合到聚乙二醇中并构成较好的匹配，形成一种与速度相关性很强的阻尼耗能材料：当这种材料的运动速度较缓慢时，硬质粒子能够到处运动，并使阻尼材料整体呈现为液体；而当运动速度加快时，硬质粒子相互碰撞并阻碍彼此的运动，由此从整体上看阻尼材料变得韧性提高，并逐步从液相转换为固相。相应地，该阻尼器可以在低速时材料粒子互不干扰，并以正常模式起到阻尼耗能作用；而一旦阻尼器受到冲击或发生快速运动时，材料粒子之间发生碰撞并转换为固相，由此产生较大的阻尼力并以新的模式起到耗能作用。

作为进一步优选地，对于聚乙二醇和纳米量级二氧化硅粒子而言，两者之间按照25:1～34:1的体积比进行配料。

较多的对比测试表明，当聚乙二醇的比例过大时，很难实现阻尼材料由液态向固态的转变，阻尼力不易可控；而当二氧化硅粒子的组成比例过大时，在低温下可能导致二氧化硅粒子的沉淀，不能起到阻尼力可控的作用；通过对按照本发明的聚合物基阻尼材料的配料比进行以上限定，这样所获得的阻尼材料能够在低速和高速的情况下都较好地执行耗能作用，并具备温度承受范围广、压缩变形小、阻尼性能高、阻尼力可控等优点。。

作为进一步优选地，所述聚乙二醇为分子量为4000～6000的聚乙二醇并呈现粘稠状，所述二氧化硅粒子的平均颗粒尺寸为100～150纳米。