复合结构磁流变弹性体隔震器的制作方法

本发明属于基础隔震设备，特别是一种复合结构磁流变弹性体隔震器。

背景技术：

地震的发生具有不确定性和不可预知性，正是由于这样，才会给人们带来大的威胁。地震造成破坏的主要原因是，地震输入的巨大能量以波的形式释放出来，造成建筑物剧烈晃动使构件遭到破坏。研究表明，地震隔震的关键在于隔离地震源，而不在于耗散地震能量。最优的隔震效果是变形只发生在隔震系统中或隔震系统上方的建筑物作整体移动，从而最大程度的减小建筑的层间位移。

最优的隔震系统应具有足够的竖向承载能力、合适的刚度以及具有良好的复位功能，实现最优隔震的方式就是使得建筑本身的固有频率可以实时避开地震的主要有害频率范围，从而可以避免共振，达到隔震抗震的目的。然而，传统的被动隔震系统和变阻尼系统都不能很好地实现这一目的。

磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支，它是由软铁磁性颗粒和聚合物基体组成，由于其响应快(ms量级)、可逆性好(撤去磁场后，又恢复初始状态)，可以通过调节磁场大小来控制材料的力学、电学、磁学等性能连续变化，兼有磁流变材料和弹性体的优点，又克服了磁流变液易沉降、稳定性差等缺点，因而近年来磁流变弹性体的制备、机理和应用受到越来越多的重视，成为磁流变材料研究的一个热点。磁流变弹性体(magnetorheologicalelastomer，mre)具备实时可变刚度和所需能量小等特点，可实时改变系统的刚度，从而实时改变系统的固有频率，切断外界振动传递到系统内部的途径，从根本上达到工程结构隔震的目的。因此，设计高承载及复合工况条件下磁流变弹性体隔震设备，对能否实现智能隔震起到重要作用。

目前，传统叠层橡胶隔震支座只能对特定频率频段的地震起隔震作用的问题；现有技术所设计的磁流变弹性体隔震器主要应用于小位移、小加速度，小负载的场合，基本上不具备承受大型载荷的能力；并且，目前绝大多数隔震器仅利用了磁流变的剪切模量可变或压缩模量可变的特性，而没有将两种特性结合起来，更加充分利用磁流变弹性体的刚度可控性。因此，设计一款适合承载能力强的复合结构隔震器具有重大的意义。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题在于提供一种复合结构磁流变弹性体隔震器，克服目前磁流变弹性体隔震器不具备承受大型载荷的能力且目前绝大多数隔震器没有将磁流变的剪切模量可变或压缩模量可变的特性结合起来充分利用的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种复合结构磁流变弹性体隔震器，包括底座、隔震平台、磁流变弹性体片和纯铁片交替粘结而成的叠层结构、磁流变弹性体、导磁体、磁芯、套筒、线圈和连接件；

所述底座位于整个隔震器的最底端，包括下端的圆柱结构及上端的圆柱形凸台结构；所述叠层结构安装在底座的凸台结构上，磁芯安装在叠层结构上端，所述磁芯为上端大下端小的台阶形圆柱结构；所述套筒将底座上端的凸台结构、叠层结构和磁芯下端圆柱结构三者套在一起；所述线圈缠绕在套筒外圆上；所述导磁体为圆柱形腔体结构，安装在底座下端的圆柱结构上，且位于整个隔震器径向的最外端；所述导磁体与磁芯上端圆柱结构之间设有环形间隙，所述磁流变弹性体为环形结构，嵌入到导磁体和磁芯上端圆柱结构之间的环形间隙中；所述隔震平台位于整个隔震器的最顶端，通过连接件与磁芯相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)磁流变弹性体选用具有大磁致伸缩系数和低磁晶各向异性的磁性颗粒作为磁性填充颗粒，大大增加了它的相对磁导率，使得隔震控制效果更明显。

(2)采用叠层结构和磁流变弹性体作为受控元件，使得横向和纵向均可承载且两个方向的弹性模量均可控制，承载能力强，增加了隔震的适应性。

(3)磁路结构简单，磁能利用率高，各零件结构简单，方便加工，节约成本，零件之间多采用螺纹连接，可靠性高，容易装配。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明的复合结构磁流变弹性体隔震器的整体结构示意图。

图2为本发明的底座俯视图。

图3为本发明的环形磁流变弹性体示意图。

图4为本发明的叠层结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

结合图1-图4，本发明的一种复合结构磁流变弹性体隔震器，包括底座1、隔震平台7、磁流变弹性体片12和纯铁片13交替粘结而成的叠层结构11、磁流变弹性体5、导磁体2、磁芯6、套筒4、线圈3和连接件。

所述底座1位于整个隔震器的最底端，包括下端的圆柱结构及上端的圆柱形凸台结构；所述叠层结构11安装在底座1的凸台结构上，磁芯6安装在叠层结构11上端，所述磁芯6为上端大下端小的台阶形圆柱结构；所述套筒4将底座1上端的凸台结构、叠层结构11和磁芯6下端圆柱结构三者套在一起；所述线圈3缠绕在套筒4外圆上；所述导磁体2为圆柱形腔体结构，安装在底座1下端的圆柱结构上，且位于整个隔震器径向的最外端；所述导磁体2与磁芯6上端圆柱结构之间设有环形间隙，所述磁流变弹性体5为环形结构，嵌入到导磁体2和磁芯6上端圆柱结构之间的环形间隙中；所述隔震平台7位于整个隔震器的最顶端，通过连接件与磁芯6相连。

为便于安装，作为优选的，所述磁芯6上端设有螺纹孔，隔震平台7下端中间设有沉头孔，所述连接件包括螺钉8、第一螺母9、第二螺母10；螺钉8上端安装在隔震平台7的沉头孔内，螺钉8下端安装在磁芯6的螺纹孔内；所述第一螺母9安装在螺钉8的上端，且位于隔震平台7的下端；所述第二螺母10安装在螺钉8的下端，且位于磁芯6的上端；所述第一螺母9和第二螺母10用于限定隔震平台7和磁芯6的相对位置。

进一步的，所述纯铁片13的数量为n(n≥1)，所述磁流变弹性体片12的数量为m(m＝n+1)。

作为优选的，所述磁流变弹性体片12和纯铁片13均为圆形结构，且直径相同；在一些实施方式中，所述磁流变弹性体12和纯铁片13也可以是矩形的。由弹性体片12和纯铁片13交替粘结而成的叠层结构11可提供高承载和地震时的变刚度移频控制，且保证地震时隔震基座能实现有效的横向位移运动而使上层建筑保持不动或微动。所述磁流变弹性体片12为片状结构的磁流变弹性体制成。

作为优选的，所述线圈3的安全载流量为5～10a，直径选择为0.8～1.5mm，匝数为1000～1500；在其他一些实施方式，线圈3的相关参数可根据磁场强度的大小能否达到磁流变弹性体5的磁饱和强度进行调整。通入线圈3的电流由外部可控直流电源提供，直流电源输出电压幅值、频率和相位均可调节，从而控制磁场强度。

进一步的，所述磁流变弹性体5选用具有大磁致伸缩系数和低磁晶各向异性的磁性颗粒作为磁性填充颗粒；如tb1-xdyxfe2合金作为磁性填充颗粒，以704硅橡胶为基体，以二甲基硅油为添加剂，可显著提高相对磁导率。

进一步的，所述底座1、导磁体2、磁芯6和纯铁片13均采用电工纯铁dt4a，具有较好的退磁特性和导磁特性，底座1、导磁体2、磁芯6和纯铁片13和磁流变弹性体片12、磁流变弹性体5共同构成环形磁路，磁路结构简单，磁能利用率高。

作为对上述实施方式的进一步改进，所述底座1上端凸台结构与底座1下端圆柱结构之间通过圆角过渡，以减少漏磁现象以及结构应力。

进一步的，所述底座1下端圆柱结构上均匀的设有3～6个通孔，用于将整个隔震器与地基固定。

工作时，所述底座1固连在建筑物地基最底层，隔震平台7和隔震对象固连并随其振动，当磁芯6和导磁体2发生上下相对位移时，磁流变弹性体5处于受剪切状态，而当磁芯6发生横向倾斜时，环形磁流变弹性体5又处于横向受载状态；震动过程中环形磁流变弹性体5横向承载，纵向受剪切，叠层结构11纵向承载，横向受剪切；本发明的叠层结构11借鉴了传统的叠层橡胶支座的分层结构设计，优点在于可以承受较大垂直方向的载荷，并且通过交替粘接纯铁材料可以提高磁通的强度。

当给线圈3提供一定大小的直流信号后，通电线圈3电流的改变伴随着磁场强度的改变；磁流变弹性体5和叠层结构11的刚度和阻尼都发生改变，使系统的固有频率发生改变，即出现移频的现象，从而避开激励信号频率共振区，起到建筑物隔震的作用。

由上可知，本发明的磁流变弹性体隔震器结构简单，隔震可控性好，适应性强，横向和纵向均可承载且两个方向的弹性模量均可控制，可应用于建筑物隔震场合。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。