[发明专利]一体化准零刚度结构、准零刚度隔振装置及隔振方法

说明书

本发明公开了一种一体化准零刚度结构、准零刚度隔振装置及隔振方法，一体化准零刚度结构由串联的多个平行斜梁单元、连接各梁段的刚性连接件、结构两端的约束承载构件结合而成。结构通过相邻梁段间的相互约束作用产生准零刚度，其作用机理区别于现有准零刚度结构，无需正负刚度匹配，准零刚度精准稳定，且有较高初始刚度及高承载能力。本发明公开了该类结构的形式，结构产生准零刚度的力学机理及基于该类结构的准零刚度装置。与传统准零刚度隔振装置相比，具有轻质高强、刚度可靠、结构简单整体的优势，应用前景广阔。

技术领域

本发明主要涉及到结构振动控制领域，具体涉及一种一体化准零刚度结构、准零刚度隔振装置及隔振方法。

背景技术

被动隔振系统作为振动控制的主要方式，具有能耗小、成本低、可靠性强等优势，影响隔振系统隔振能力的主要控制因素是系统的刚度，降低隔振系统刚度可以使得系统固有频率降低，以隔离振动危害。准零刚度隔振系统通过设置正、负刚度结构体并通过优化设计及参数调节，可以使整个系统处于准零刚度状态，表现出优良的高静低动的隔振性能，能有效提高隔振系统的稳定性及承载能力，故准零刚度隔振装置在精密仪器隔振、房屋桥梁抗震、船舶机械降噪、高速车辆减振等领域应用广阔。

传统准零刚度隔振装置多采用弹簧作为负刚度结构来抵消结构产生的正刚度，然而分离开的正、负刚度结构使得整体结构较为复杂，会占用较大安装空间，同时一旦正、负刚度结构有一处刚度匹配不准确会导致整个装置丧失准零刚度特性，极大的影响装置的隔振能力。因此，如何实现隔振装置具有精准可控的准零刚度特性同时保证装置小型化是目前结构振动控制领域研究的关键问题之一。

通过正负刚度匹配产生准零刚度特征的专利如《一种一体化准零刚度隔振缓冲元件及一种隔振缓冲组件》，其利用倾斜单一实心梁的屈曲变形来作为负刚度机构，通过与具有正刚度特征的屈曲杠匹配以使整体在一定区间内呈现准零刚度特性，需较为精准的正负刚度匹配，虽可通过调节螺栓预紧力改变装置整体刚度特征，但应用中需不断调控，难以产生精准确定的准零刚度。由其所提供力-位移曲线图可知，其初始刚度和承载力相对较低，平台段长度较短且存在一定波动，体现准零刚度特性的变化区间小且不够稳定，此外，其产生准零刚度特性的预紧力与梁杆倾斜率区间小，使用范围受到限制。

发明内容

本发明的目的是公开一种一体化准零刚度结构、准零刚度隔振装置及隔振方法，一体化准零刚度结构通过平行布置的两个梁段单元之间的相互约束行为直接产生准零刚度，可产生准零刚度的几何尺寸范围更为广泛，允许了显著提高的初始刚度和承载能力，基于该结构的装置可以根据实际使用情况灵活调节。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种一体化准零刚度结构，包括：竖向承载结构、多组一体化准零刚度梁体以及约束传力构件；

多组所述一体化准零刚度梁体以所述竖向承载结构中心对称布置；

每组一体化准零刚度梁体均包括上、下平行布置的两个梁段单元，两个梁段单元呈倾斜或曲折设置，并且两个梁段单元的倾斜方向相同，两个梁段单元的中部通过能传递轴力、剪力与弯矩的刚性连接件串联；

所述一体化准零刚度梁体一侧位移由固支的所述约束传力构件限制，另一侧连接所述竖向承载结构，所述一体化准零刚度梁体的侧向位移、弯曲由对称性限制，两个梁段单元的水平变形相互抵消，仅可发生竖向变形。

进一步的，平行布置的两个梁段单元的长度、宽度、厚度均相同，所述刚性连接件的长度l与梁段单元的宽度相同，刚性连接件的高度h为梁段单元的间距，刚性连接件宽度b根据单侧梁段单元厚度进行调整，保证刚性连接件处梁段转角接近于零。

本发明进一步公开一种准零刚度隔振装置，由多个所述一体化准零刚度结构上、下并联而成，其中，每个所述一体化准零刚度结构均包括：

竖向承压部；