[发明专利]自调谐质量阻尼器及包括其的系统

说明书

技术领域

本发明涉及调谐质量阻尼器。更具体地，发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的自调谐质量阻尼器。

背景技术

调谐质量阻尼器是一种公知的解决方案，用于减低不必要或有害的机械谐波振动的振幅。调谐质量阻尼器用于衰减从微电路到高楼大厦这样的大范围的振动。在调谐质量阻尼器背后所蕴含的基本思想很简单：通过悬架部件将辅助质量体连接在振动结构上，典型地，其由弹簧和阻尼器组成，从而改变了振动结构的振动特性。替代于弹簧和阻尼器，悬架部件可以备选地只用一个部件来提供，例如，具有两种所需特性的橡胶弹簧。

针对振动结构将质量阻尼器调谐，使得辅助质量体的质量和悬架部件的刚度选择为提供合适的反作用力以干扰激励力。特别是，根据已知设计原理计算质量阻尼器的质量比(即辅助质量体和振动结构之间的质量相关性)和调谐频率。

典型的调谐质量阻尼器为线性的，然而因为非线性质量阻尼器可在较宽的频带下工作，几个公开文本也提出了非线性质量阻尼器。非线性调谐质量阻尼器采用非线性弹簧和/或非线性阻尼器和质量体。非线性质量阻尼器中一个特定类型是金属丝绳弹簧阻尼器，其原理已经公开在例如‘Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics(风力工程和工业空气动力学杂志)’(91,2003,1363-1385)中的‘Parametric experimental study of wire rope spring tuned mass dampers(金属丝绳弹簧的调谐质量阻尼器的参量试验研究)’,Gerges&Vickery中。根据Gerges & Vickery的文章所述，研究出的所得结构的频率范围最多为4.5Hz。

与惯用的调谐质量阻尼器相关联的一个问题是，它们只能调谐到相当窄的频带。惯用的调谐质量阻尼器的操作窗口是通过阻尼结构来进行指令的，因此频带宽度是高阻尼效率和频带宽度之间的权衡结果。更具体地，通常上阻尼效率的增加会导致频带的减少，然而加宽频带会使频带内特定频率的阻尼不够理想。人们 已经进行了许多尝试来拓宽质量阻尼器的频带。许多方案包括使用有源的或自适应的质量阻尼器，其采用控制单元以调整一系列的促动装置，所述促动装置调整质量阻尼器以衰减到所期望的频率。在其他方面，就通过悬架来向振动结构提供反作用质量体这方面而言，这样的有源质量阻尼器的设计类似于被动阻尼器。遗憾的是，惯用的有源质量阻尼器使用了过多的能量且相当复杂，因此在衰减小且廉价的结构(例如微电路板)时并不可行。

由此，本发明的目的在于提供了一种简单的调谐质量阻尼器，其具有拓宽的频带且能够适用于大且昂贵的结构，同时也适用于小且廉价的相似结构。

发明内容

本发明的目的借助于一种新颖的且完全非常规的方法完成，其提供一种自调谐质量阻尼器，所述自调谐质量阻尼器包括辅助质量体和非线性悬架，所述非线性悬架构造为将辅助质量体连接到振动结构上。辅助质量体的质量和非线性悬架的刚度选择为使得：固有频率为至少6Hz且辅助质量体相对于振动结构的相对位移的振幅最多为12mm。

更具体地，根据本发明的调谐质量阻尼器的特征如权利要求1的特征部分所述。

借助本发明可以得到可观的利益。这是因为所述质量阻尼器的尺寸在典型规格之外，非常简单地实现了加宽的频带，且能够适用于大且昂贵的结构，同时也适用于小且廉价的相似结构。

附图说明

以下，参照附图对本发明的示例性的实施方式进行更加详细的描述。

图1显示了根据一个本发明的实施方式的调谐质量阻尼器布置的等距视图。

图2显示了根据另一个本发明的实施方式的调谐质量阻尼器布置的等距视图。

图3显示了图2中的布置的侧视正视图。

图4显示了一幅图表，其显示了在水平轴上标绘的动态振幅、在左竖直轴上标绘的动态刚度和在右竖直轴上标绘的损耗因数(即阻尼性质)之间的关系。

图5显示了一幅图表，其显示了在使用2.5g的激励振幅水平下，根据图1的 弹簧-质量体系统的频率响应函数。

图6显示了一幅图表，其显示了在使用0.3g的激励振幅水平下，根据图1的弹簧-质量体系统的频率响应函数。

图7显示了一幅图表，其显示了在使用0.5g的激励振幅水平下，根据图1的弹簧-质量体系统的频率响应函数。

图8显示了一幅图表，其显示了在使用1g的激励振幅水平下，根据图1的弹簧-质量体系统的频率响应函数。