一种滑道式的非线性能量阱减振装置的制作方法

本发明涉及抗震及减隔震装置技术领域，具体涉及一种滑道式的非线性能量阱减振装置。

背景技术：

我国是地震频发的国家之一，地震造成的的损失和灾害已经非常严重，所以建筑结构防震减灾一直是研究人员的研究重点。

建筑结构的减震就是通过在建筑结构上附加耗能装置，把主体结构上的能量转移到附加结构上，从而减小建筑物的震动，实现减振控制。

减振控制一般分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。非线性能量阱(nonlinerenergysink,简称nes)是一种靶能量传递的非线性被动减振装置，在控制结构振动过程中，以靶能量传递的方式从建筑结构把能量传递到非线性能量阱装置中，并且能量传递是单向不可逆的，而且具有传递的效率高、速度快、对于能量大小的选择性强等特点，在航天领域和机械中均有应用。

然而，现有技术中的非线性减振装置大多结构复杂，操作困难，且相关部件无法更换，尤其是对结构的自由振动或结构在振动峰值附近的强迫振动抑制效果不足，对不同结构在不同频率下振动的控制适用性低。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种滑道式的非线性能量阱减振装置，该装置构造简单、易操作、可更换部件，对于单自由度和两自由度结构振动的抑制均适用，减振效果显著，对频率鲁棒性良好。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种滑道式的非线性能量阱减振装置，包括底座、以及位于底座上端的减振机构，所述的底座预留有用以固接待减振结构的螺栓孔，所述的减振机构包括相互平行设置于底座上端面的一对金属滑槽，所述的金属滑槽的底端与底座的上端面固定连接，任一所述的金属滑槽上均滑动连接有一对非线性能量阱，所述的一对金属滑槽的中间且位于非线性能量阱的上方设有质量箱，所述的质量箱的下端面与任一非线性能量阱的上端面之间分别设有非线性弹簧，所述的非线性弹簧的上端与邻近的质量箱的下端面角部固定连接、下端与非线性能量阱的上端面固定连接。

优选的，所述的金属滑槽为开口朝上的弧形结构，所述的非线性能量阱围绕质量箱的纵轴线均匀分布，在非线性能量阱的下端面外侧的角棱处还设有与金属滑槽相配合的倒角斜面，所述的倒角斜面处安装有橡胶滑轮，所述的非线性能量阱通过橡胶滑轮与金属滑槽滑动连接。

优选的，所述的质量箱包括由钢板制成的立方体形壳体、以及贯通壳体前后端面的管状圆孔，所述的管状圆孔内可拆卸固定连接有质量块。

优选的，所述的质量块为实心圆钢棒，所述的实心圆钢棒镶嵌在管状圆孔内，在管状圆孔的两端还设有螺纹盖。

优选的，所述的底座包括上层钢板、下层钢板、以及位于上层钢板和下层钢板之间的橡胶层，所述的上层钢板、橡胶层、下层钢板通过高强度螺栓固定连接。

优选的，所述的金属滑槽由耐磨、耐腐蚀材料制成；所述的橡胶滑轮由聚氨酯橡胶材料制成。

优选的，所述的金属滑槽的槽底及槽壁的厚度不小于8mm，所述的上层钢板、下层钢板的厚度不小于5mm，所述的橡胶层的厚度不小于10mm。

优选的，所述的质量箱和质量块的的总质量为待减振结构质量的1％—5％。

优选的，所述的底座与待减振结构之间通过高强度螺栓固定连接。

本发明一种滑道式的非线性能量阱减振装置具有如下有益效果：

(1)本发明针对不同的待减振结构，可通过改变——实心圆钢棒的数量或位置、非线性弹簧刚度、金属滑槽的弧度数，以实现本发明以一种减振装置应对不同待减振结构类型，依旧可以起到抑制振动的效果，其适用性广泛，值得推广使用。

(2)本发明解决了传统减振装置对频率域鲁棒性差的问题，使其能够在宽频下，对待减振结构的振动抑制效果显著。

(3)本发明结构简单，加工方便，性能可靠，解决了传统的减振装置体积大、操作复杂不易长期保持高效减振的问题。

附图说明

图1：为本发明的正面结构示意图；

图2：为本发明的侧面结构示意图；

图3：为本发明的俯视结构示意图；

图4：为本发明的质量箱的结构示意图；

1：质量箱，2：非线性弹簧，3：非线性能量阱，4：橡胶滑轮，5：金属滑槽，6：上层钢板，

7：橡胶层，8：下层钢板，9：高强度螺栓，10：螺栓孔，11：管状圆孔，12：壳体。

具体实施方式

以下所述，是以阶梯递进的方式对本发明的实施方式详细说明，该说明仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1、

如图1～3所示，本实施例提供了本发明最基本的结构，一种滑道式的非线性能量阱减振装置，包括底座、以及位于底座上端的减振机构，所述的底座预留有用以固接待减振结构的螺栓孔10，所述的减振机构包括相互平行设置于底座上端面的一对金属滑槽5，所述的金属滑槽5的底端与底座的上端面固定连接，任一所述的金属滑槽5上均滑动连接有一对非线性能量阱3，所述的一对金属滑槽5的中间且位于非线性能量阱3的上方还设有质量箱1，所述的质量箱1的下端面与任一非线性能量阱3的上端面之间均分别连接有非线性弹簧2，所述的非线性弹簧2的上端与邻近的质量箱1的下端面角部固定连接、下端与非线性能量阱3的上端面固定连接。

本实施例中，底座可通过高强度螺栓9穿过螺栓孔10固定在待减振结构的顶部，金属滑槽5的底部可以通过焊接的方式与底座上表面固定连接，非线性能量阱3、非线性弹簧2、以及质量箱1固定连接为一个整体，如图3所示，质量箱1位于4个非线性弹簧2及4个非线性能量阱中间的上方，所述的非线性弹簧2可采用螺旋非线性弹簧，其刚度大小可根据待减振结构的实际情况进行调节。

实施例2、

在实施例1的基础上，本实施例做出了进一步改进，具体为：如图1所示，所述的金属滑槽5为开口朝上的弧形结构，如图3所示，所述的非线性能量阱3围绕质量箱1的纵轴线均匀分布，如图1所示，在非线性能量阱3的下端面外侧的角棱处还设有与金属滑槽5相配合的倒角斜面，所述的倒角斜面处安装有橡胶滑轮4，所述的非线性能量阱3通过橡胶滑轮4与金属滑槽5滑动连接。

本实施例中，金属滑槽5为弧形结构，如图1所示，利用非线性弹簧2和金属滑槽5的弧形结构，所产生的非线性恢复力对待减振结构传递的能量进行吸收，在实际应用中，可根据待减振结构的实际情况改变金属滑槽5的弧度，以产生所需要的非线性恢复力。

实施例3、

在实施例1、2的基础上，本实施例做出了进一步改进，具体为：如图4所示，所述的质量箱1包括由钢板制成的立方体形壳体12、以及贯通壳体12前后端面的管状圆孔11，所述的管状圆孔11内可拆卸固定连接有质量块；

所述的质量块为实心圆钢棒，所述的实心圆钢棒镶嵌在管状圆孔11内，在管状圆孔11的两端还设有螺纹盖；

所述的质量箱1和质量块的总质量为待减振结构质量的1％—5％。

本实施例公开了质量箱1的具体结构，如图4所示，管状圆孔11可设定为上下2排，质量箱1的质量可通过增加或减少实心圆钢棒的数量进行控制，也可通过改变实心圆钢棒在质量箱1上的位置使质量箱1能够适应不同的待减振结构的减振需要。具体的，可根据待减振结构的质量来确定质量箱1中施加的质量块，由于设置上下两排管状圆孔11，通过把实心圆钢棒均匀放到不同的管状圆孔中，做到了既可以改变质量块质量，又可以改变质量块位置来减小结构振动。

实施例4、

在实施例1～3的基础上，本实施例做出了进一步改进，具体为：如图1所示，所述的底座包括上层钢板6、下层钢板8、以及位于上层钢板6和下层钢板8之间的橡胶层7，所述的上层钢板6、橡胶层7、下层钢板8通过高强度螺栓9固定连接；

所述的金属滑槽5由耐磨、耐腐蚀金属材料制成；所述的橡胶滑轮4由聚氨酯橡胶材料制成；

所述的金属滑槽的槽底及槽壁的厚度不小于8mm，所述的上层钢板6、下层钢板8的厚度不小于5mm，所述的橡胶层7的厚度不小于10mm。

本实施例中，如图3所示，上层钢板6通过四个高强度螺栓9与下层钢板8进行连接，金属滑槽5在四个高强螺栓9之间，因为钢板之间加入了橡胶层7，可以极大的减轻本发明因待减振结构振动时给减振机构带来过大的晃动，提高了减振效率。

本发明利用非线性弹簧2产生的非线性恢复力、橡胶滑轮4与金属滑槽5之间的摩擦对待减振结构进行减振耗能，针对待减振结构在不同载荷激励下产生的响应，都可以进行抑制，对于实验人员或者工程操作人员都很容易操作。