一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，属于结构自适应被动控制技术领域。包括调谐质量块、受力组件、励磁组件、传感器和控制器；调谐质量块安装在上部连接板上；受力组件由至少4个磁流变弹性体支座以及导磁连接板、上部连接板组成，每个支座均由保护橡胶层包裹；励磁组件由线圈、铁芯及硬绝缘层组成；传感器安装在上、下连接板上；控制器根据信号改变系统的剪切刚度。本发明制作简单，安装方便；充分利用材料的力学和电磁特性，空间利用率和磁场利用率高；与圆柱形的支座相比，圆台形支座具有更大的刚度调节范围和更好的整体稳定性；线圈不仅仅作为励磁部件，也起到了调谐质量块的功能；可保证实时、高效的调节。
【专利说明】
一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统
技术领域
[0001]本发明属于结构自适应被动控制技术领域，涉及一种以磁流变弹性体为关键材料，刚度可调的智能调谐质量阻尼器。
【背景技术】
[0002]调谐质量阻尼器技术是一种成熟的结构被动控制技术，其减振效果明显，被广泛应用于控制高层结构及桥梁在地震、风振作用下的响应。这种被动控制技术实施简单，可靠性强，但其缺陷是调谐质量阻尼器不能根据结构特性、荷载特性的变化进行相应的调整，因而不能保证最佳的控制效果，有时甚至加剧结构的振动，引发灾难性的后果。近年来，刚度可调节的调谐质量阻尼器的研究受到关注。通过改变调谐质量阻尼器的刚度，调谐质量阻尼器的自振周期可以随着结构自振周期的变化而变化，进而保证最佳的控制效果。然而，现有的变刚度装置种类较少，且大多数此类装置需要借助作动器才能实现刚度调节的目标。这些调节方式不仅不能实现实时、连续的调节，而且调节过程中需要消耗较多的能量。磁流变弹性体为变刚度提供了新的模式，可利用磁流变弹性体制成的智能支座制成可变刚度调谐质量阻尼器系统。然而，调谐质量阻尼器往往需要较大的变形，该变形比通常结构的基础隔震支座变形大得多。如果将现有形式的支座直接用作调谐质量阻尼器的变形构件，大位移时支座很可能因为变形过大而引发整体失稳。此外，为了保证力学性能，支座的体积往往比较大，需要使用较大的线圈才能提供空间足够大的磁场，以改变支座的刚度。这样一来，制造的成本、维护成本、使用成本均较高。
[0003]因此，重新设计磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，既能在不需要作动器的情况下保证系统的刚度实时、准确的调节，又满足大变形、低成本、低能耗的使用需求，是十分有必要的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是:设计一款磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，其刚度能根据结构需要实现可逆、实时、精确的调节。通过合理的装置设计，能够使系统制作成本较低，生产过程简单，使用安全且能耗低，刚度调节范围大，且对周围环境影响小。
[0005]本发明的技术方案:
[0006]—种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，包括调谐质量块、受力组件、励磁组件、传感器和控制器，调谐质量块安装在上部连接板上;受力组件包括至少4个磁流变弹性体支座、导磁连接板和上部连接板，磁流变弹性体支座均由钢板和磁流变弹性体层叠合而成，由橡胶保护层包裹;励磁组件包括与磁流变弹性体支座数量相同的线圈、铁芯和隔热硬绝缘层;线圈安装在磁流变弹性体支座的上部，通过铁芯、上部连接板和下部导磁连接板，与相邻的线圈形成串联，每两个磁流变弹性体支座形成一个闭合的磁路;上部传感器和下部传感器分别安装在上连接板和下部导磁连接板上；控制器通过信号线与传感器、励磁组件相连，根据信号改变系统的剪切刚度。
[0007]所述的磁流变弹性体支座呈上部小下部大的圆台形。
[0008]根据设计需要增减磁流变弹性体支座的数量，并加装阻尼装置。
[0009]本发明的有益效果:
[0010]其一，一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，利用磁流变弹性体材料的连续、可逆的变刚度特性，制成磁流变弹性体支座，可以实现刚度的实时、精准的调节;另外，改变刚度无需作动器，系统的耗能小。
[0011]其二，一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，采用圆台形的磁流变弹性体支座的设计，与圆柱形的支座相比，整体稳定性能大大提升；圆台形支座上部截面积较小，因此可以采用较小尺寸的线圈和铁芯，避免了材料的浪费；圆台形支座的整体刚度主要由刚度较小的支座上部决定，仅调节支座上部刚度即可达到较好的调节效果，因此进一步缩减了线圈的尺寸，在降低制作成本的同时，提升了系统刚度调节范围。
[0012]其三，一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，将线圈布置在圆台形支座上部，靠近需要调节的支座刚度最小的部分，磁场利用率较高;此外，线圈、铁芯等部件具有较大的质量，放置在上部可以作为调谐质量块进行工作，使线圈同时具备励磁、减震的功能。
[0013]其四，一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，采用了若干个磁流变弹性体支座，每两个支座可以通过上连接板和导磁连接板形成闭合磁路，从而提高磁场强度，提升调节范围。
【附图说明】
[0014]图1为本发明磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统实施例的平面布置图。
[0015]图2为本发明磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统实施例的A-A剖面示意图。
[0016]图3为本发明磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统实施例的支座剖面示意图。
[0017]图4为本发明磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统实施例的支座B-B截面示意图。
[0018]图5为本发明磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统实施例的支座C-C截面示意图。
[0019]图6为本发明磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统实施例的磁力线分布图。
[0020]图中:I调谐质量块;2上连接板;3铁芯;4隔热硬绝缘层;5线圈；6控制器;7信号线；8上部传感器;9橡胶保护层；10钢板；11磁流变弹性体层；12下部导磁连接板；13下部传感器;14磁力线。
【具体实施方式】
[0021]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0022]本发明的【具体实施方式】见图1至图6。由平面布置图图1和A-A剖面示意图图2可知，本实施例由I个调谐质量快1、I块上部连接板2、4个磁流变弹性体支座、4个励磁组件、2块导磁连接板12、2个传感器8、13、信号线7和I个控制器6组成。所述系统的调谐质量块I固定在上部连接板2上，上部连接板2与励磁组件的铁芯3相连。所述系统的4个励磁组件的铁芯3上下焊接钢板，线圈5经由隔热硬绝缘层4包裹后，套上在铁芯3上。励磁组件通过硫化与下方的圆台形磁流变弹性体-钢板硫化叠层10、11相连。圆台形磁流变弹性体-钢板硫化叠层10、11由保护橡胶层9包裹，通过硫化与下方的导磁连接板相连12。导磁连接板12通过开孔，可以实现与结构的连接。支座剖面示意图图3主要显示单个磁流变弹性体支座的构造形式，B-B截面示意图图4主要显示励磁组件的平面布置，C-C截面示意图图5主要显示磁流变弹性体智能装置的截面形式，因此未显示传感器8、13、信号线7和控制器6。
[0023]所述的上连接板2，导磁连接板12，铁芯3，钢板10均由导磁材料制成。磁流变弹性体、钢板、线圈的尺寸均应由磁场有限元分析得出优化的几何尺寸，并应满足现有橡胶隔震支座设计规范的相关要求。
[0024]所述的磁流变弹性体11，是在硅橡胶基体中添加磁致颗粒，在外加磁场作用下固化制成的智能材料。磁流变弹性体中存在磁致颗粒形成的链状或柱状的有序结构，在磁场作用下，该材料的刚度和阻尼均会增加；当撤去磁场，材料的刚度和阻尼恢复到无磁场的状态。磁流变弹性体具有响应快，可逆性好的优点。
[0025]本发明的磁力线走向如图6所示:线圈5激发磁场，铁芯3增加磁感应强度;磁力线经由左侧铁芯3、上连接板2、右侧铁芯、右侧圆台形磁流变弹性体-钢板硫化叠层、导磁连接板12、左侧圆台形磁流变弹性体-钢板硫化叠层10、11、回到左侧铁芯3，形成完整的回路。
[0026]下面简述本发明的工作过程。
[0027]当结构受到地震、强风荷载等作用时，传感器8、13会感知上部调谐质量块和下部结构的运动情况，将感知信号输入控制器6，控制器按照事先设计好的控制策略，控制线圈5的输入电压，改变支座的磁感应强度，从而改变调谐质量阻尼器系统的刚度和阻尼，达到更好地控制结构震动的目标。
【主权项】
1.一种磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，其特征在于，该磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统包括调谐质量块、受力组件、励磁组件、传感器和控制器，调谐质量块安装在上部连接板上;受力组件包括至少4个磁流变弹性体支座、导磁连接板和上部连接板，磁流变弹性体支座均由钢板和磁流变弹性体层叠合而成，由橡胶保护层包裹;励磁组件包括与磁流变弹性体支座数量相同的线圈、铁芯和隔热硬绝缘层;线圈安装在磁流变弹性体支座的上部，通过铁芯、上部连接板和下部导磁连接板，与相邻的线圈形成串联，每两个磁流变弹性体支座形成一个闭合的磁路;上部传感器和下部传感器分别安装在上连接板和下部导磁连接板上;控制器通过信号线与传感器、励磁组件相连，根据信号改变系统的剪切刚度。2.根据权利要求1所述的磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，其特征在于，所述的磁流变弹性体支座呈上部小下部大的圆台形。3.根据权利要求1或2所述的磁流变弹性体支座智能变刚度调谐质量阻尼器系统，其特征在于，根据需要增减磁流变弹性体支座的数量，并加装阻尼装置。
【文档编号】E04B1/98GK105889381SQ201610472900
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】欧进萍, 王奇, 董旭峰, 李芦钰
【申请人】大连理工大学