[发明专利]一种交错可变电极巨电流变液阻尼器

说明书

本发明公开了一种交错可变电极巨电流变液阻尼器，包括活塞杆、活塞、动活塞和活塞筒，活塞套接于活塞杆下端，活塞能够相对于活塞筒滑动，活塞杆上端贯穿活塞筒的上盖，活塞杆与上盖之间设有动密封结构，动活塞与活塞筒密封滑动连接，且动活塞设置于活塞与活塞筒的底部之间。活塞和动活塞将活塞筒内部自上而下依次分为三个腔室，上腔体和下腔体内充满巨电流变液，气体腔与外界大气相通。活塞内部设置有多个环形电极，且活塞上开有缝隙，缝隙通过环形电极之间的间隙，环形电极与控制器电连接，控制器能够改变环形电极的极性，缝隙连通上腔体和下腔体。本发明的电极极性的交错分布有利于在相同的电压大小下产生更大的阻尼效果。

技术领域

本发明涉及阻尼器的技术领域，特别是涉及一种交错可变电极巨电流变液阻尼器。

背景技术

电流变体是由高介电常数的小颗粒分散在低介电常数的溶剂中形成的悬浮液体。这种悬浮液体在外加电场作用下可以在毫秒级的瞬间使固体颗粒极化而相互作用，形成平行于电场的链状或者柱状结构，从而使液体表现为具有一定屈服应力的类似固体的本构状态，使表观粘度增大几个数量级，这种使流体改变状态的效应叫做电流变效应。

电流变阻尼器是一种应用非常广泛的消能减振控制装置，可用于机械、建筑等领域。其控制机理是通过对阻尼器中的电流变效应，将结构的部分振动能量通过阻尼材料耗散掉，达到缓解外载的冲击、减小结构振动、保护结构安全的目的。

巨电流变液是由可极化介电微粒均匀分散于巨电流变液的基液中形成的一种悬浮液，当对其施加电场时，其粘度、剪切强度等能瞬时变化，粘度、强度等大小随电场调节，可连续大范围内调节，可达到几个数量级，由低粘度流体可转换为高粘度流体，甚至固体。当外加电场撤去以后，可以在毫秒时间内恢复到流体状态，这种介于液体和固体的属性瞬间可控、可逆、可连续的转变，能通过电场实现力矩的可控传递和机构的在线无级、可逆控制，能替代传统的电极机械转换元器件，在机电一体化的自适应控制机构工业领域有着广泛的应用前景，特别在国防建设、交通工具、液压设备、机械制造业、传感器技术等领域具有更为广阔的应用基础和应用需求，是阻尼减振领域发展急需的关键材料之一。

根据香港科技大学温维佳教授所做的研究工作，目前研制的新型巨电流变液在5KV/mm的电场强度下可以达到130kPa以上的屈服强度，完全可以满足工程需要。但是，这种新型的巨电流变液的粘滞系数仅为普通电流变液的1/10，仅仅为0.1Pa·s，而一般的电流变液的粘滞系数为1Pa·s。因此，同样条件下，普通电流变液提供的粘滞阻尼力远远大于新型巨电流变液提供的粘性阻尼力。

各种建筑或机械结构在服役过程中，振动或冲击载荷会严重影响其安全性及使用寿命。在上述结构上安装可以耗能减振的阻尼器件是减小其振动或冲击响应、增加其安全性和稳定性的有效手段。传统的被动控制阻尼器(如液压阻尼器)仅能提供不可调节的阻尼力，其振动控制效果不理想。采用电/磁流变体制备的智能阻尼器，可以通过对电/磁场强度的调节来根据工况实时连续地调节阻尼力，从而实现结构振动或冲击的主动及半主动控制，更好地防止结构的失效破坏。相对于磁流变阻尼器，以巨电流变体为核心材料的电流变阻尼器具有稳定性高、结构简单、阻尼力调节范围大、响应快等优点。

根据工作原理，电流变阻尼器分为剪切模式、流动模式和复合模式。在实际工程中，通常要求电流变阻尼器能提供较大的阻尼力，这使得采用传统结构设计的电流变阻尼器体积和质量较大。此外，电流变液与阻尼器电极板之间的滑移制约了电流变体性能的充分发挥，导致实际阻尼力小于理论阻尼力。因此，急需开发一种体积较小、阻尼力较大、极板处无滑移、结构简单的新型电流变阻尼器，以满足工业发展的需要。

理论和实验表明：在实际工程中，我们更需要一种既能在被动控制(零场、满场)，还能在半主动和主动控制领域发挥较好效果的阻尼器，这就要求这种阻尼器无论是在被动控制还是在半主动/主动控制中均具有较适宜的粘滞阻尼力，并提供较大的屈服应力。