[发明专利]压电及电磁复合俘能型半主动调频质量颗粒阻尼器

说明书

压电—电磁复合俘能型半主动调频质量颗粒阻尼器，设置于建筑结构中，其目的在于利用平时稳态风或弱风作用下俘能，在强风或地震作用下通过电能的释放产生阻尼效应以减缓建筑结构振动。主要包括：电感线圈、永磁体、颗粒阻尼容器、多级配电磁颗粒阻尼、压电陶瓷、绝缘垫、弹簧、粘滞阻尼器、蓄电池、电流控制器、隔板。颗粒阻尼容器一侧固定永磁体，内部填充多级配颗粒阻尼，多级配颗粒阻尼用隔板分层隔开。本发明的压电—电磁复合俘能型半主动调频质量颗粒阻尼器，可以通过俘能和调谐减振的方式收集、利用并耗散建筑结构的振动能量，达到减轻相关构件和结构振动幅值的目的。

技术领域

本发明属新能源和结构减振领域，具体涉及一种压电及电磁复合俘能型半主动调频质量颗粒阻尼器。

背景技术

目前，随着我国建筑结构高度的不断增加，建筑结构在风和地震作用下的振动变形也逐渐增大，选取有足够阻尼效果的阻尼器对减缓建筑结构的振动显得越来越重要。现阶段的阻尼器一般包括弹簧阻尼器、液压阻尼器、脉冲阻尼器、粘滞阻尼器、风阻尼器和传统TMD阻尼器等。

传统TMD通过将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减震作用。但传统TMD有其不足：1）只能控制结构某个振型的反应（一般是第一振型），而且控制效果对被控振型的频率非常敏感；2）在TMD系统工程应用有限的质量范围内，对结构控制能力有限，耗能能力不足；3）TMD系统需要调频到与被控振型反应共振的频率，TMD系统的质量行程通常较大；4）TMD阻尼可调性差，对风荷载和地震不能均达到最优减振效果，在诸如普通小幅风振下如果直接使TMD具有较大阻尼将使TMD的难以启振，运动缓慢，容易发生位移滞后现象，减振效果并不理想。

为了更好地利用地震作用力并获得更明显的阻尼效果，本发明提出了一种压电及电磁复合俘能型半主动调频质量颗粒阻尼器，本案由此产生。

发明内容

本发明目的在于提供一种压电及电磁复合俘能型半主动调频质量颗粒阻尼器，该装置能有效地耗散并收集建筑结构中的振动能量，转换为电能、并通过电磁感应原理调控颗粒阻尼的阻尼力，更好的减缓建筑结构的振动。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：一种压电及电磁复合俘能型半主动调频质量颗粒阻尼器，包括电感线圈一、永磁体、颗粒阻尼容器、多级配电磁颗粒阻尼、压电陶瓷、绝缘垫、弹簧、粘滞阻尼器、蓄电池、电流控制器、隔板。颗粒阻尼容器一侧固定永磁体，永磁体和颗粒阻尼容器之间用绝缘垫相隔，颗粒阻尼容器周围缠绕电感线圈二，容器内部填充多级配电磁颗粒阻尼，多级配电磁颗粒阻尼用隔板隔开成多层。两侧弯起的压电陶瓷固定于墙体上，电感线圈一固定于压电陶瓷上，压电陶瓷与颗粒阻尼容器之间由上方的弹簧和下方的粘滞阻尼器连接起来，压电陶瓷及其附带的电感线圈一用电线连至蓄电池，蓄电池和容器上的电感线圈二之间安有电流控制器。

当振动中阻尼容器的移动引起压电陶瓷发生变形时，利用其具有的正压电效应，使陶瓷片表面产生自由电荷，从而将振动能转化为电能。

压电陶瓷片放置在涂刷绝缘层的钢板的内部并固定于竖向阻隔墙之上，压电陶瓷的形状采用弯板式，两边弯起，具有良好的俘能效果。

在外部动力作用下颗粒阻尼容器能够带动永磁体左右移动，使永磁体与电感线圈一产生相对移动，通过电磁感应产生交感电流，从而将振动能转化为电能。

多级配电磁颗粒阻尼由不同磁性材料和直径混合组成，用隔板将阻尼分层隔开，在结构不同振幅引发的电磁感应下将有不同数量的颗粒阻尼发生碰撞和运动，从而产生不同的耗能能力和阻尼效果。

多级配电磁颗粒阻尼采用的具体材料包括铁基合金、镍基合金等、直径范围为1mm-10mm。

颗粒阻尼容器为非金属的非磁性材料制作，弹簧和粘滞阻尼器表面均涂刷有绝缘层。