一种智能隔振风压计

本发明涉及一种智能隔振风压计，属于桥梁风工程领域。

背景技术：

1、风灾作为发生频率最高且破坏力极强的一种自然灾害，无疑给桥梁的建设与运维带来了巨大的挑战，对于大跨度桥梁进行抗风设计是必不可少的。然而，桥梁跨度的提升使结构日趋轻柔，风敏感程度也逐渐提升。为提升大跨度桥梁的抗风设计水平，准确掌握大跨度桥梁所处复杂风环境至关重要。

2、风压计作为大跨度桥梁风环境测试的重要设备，在桥梁跨径以及结构复杂程度不断提升的同时，其测试水平以及自动化控制设计也有了飞速的发展，然而截止目前，传统风压计在进行风特性监测时，还是会受到结构振动的影响，再加上环境等因素的干扰，导致其对于风压的实际监测效果会存在一定偏差，从而不利于其对桥梁所处实际风环境的长期有效监测。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种智能隔振风压计，来增加风压计的整体变形能力和滞变阻尼，使得风压计在满足不同环境以及不同位置监测要求的同时，可以实现自身隔振功能，进而保证其测得的桥梁所处环境实际风特性的准确性。

2、本发明采用如下技术方案：

3、本发明所述的一种智能隔振风压计，包括风压监测系统以及隔振系统；所述风压监测系统通过螺栓架设在隔振系统上部；隔振系统通过感知环境风压，改变自身刚度和阻尼以降低风压监测系统的振动。

4、本发明所述的智能隔振风压计，所述隔振系统包括上连接板、上盖板、线圈、线圈支撑、磁流变弹性体、下连接板、锚栓、下底板、外置传感器、控制器、外置套筒；

5、所述上盖板的上方平行固定上连接板，上连接板设有与风压监测系统相连的连接端；

6、所述下连接板的上方平行固定下底板；

7、所述上连接板与上盖板通过锚栓相互固定；所述下连接板与下底板通过锚栓相互固定；

8、所述上盖板与下底板之间设有用于承接上盖板、下底板的外置套筒；外置套筒的底端通过螺栓固定在下底板；

9、所述磁流变弹性体布置在控制器内，控制器布置在线圈支撑内，所述线圈支撑外侧缘缠绕线圈；内置控制器及磁流变弹性体的线圈支撑嵌置于外置套筒内；外置套筒上设有外置传感器，外置传感器通过导线与控制器相连。

10、本发明所述的智能隔振风压计，所述磁流变弹性体为多层层叠结构，相邻的磁流变弹性体之间布置金属片；磁流变弹性体的底端设有铁芯，流变弹性体通过铁芯布置在下底板上。

11、本发明所述的智能隔振风压计，其特征在于：所述的隔振系统中的磁流变弹性体由mre材料制备而成；

12、所述上盖板、下底板、线圈支撑、锚栓均由磁导材料制成；

13、由线圈激发磁场，并由线圈支撑增加磁感应强度；磁场经过线圈支撑、螺栓、上盖板、铁芯、磁流变弹性体、下底板、回归到左侧线圈支撑形成闭合回路。

14、风压监测系统包括外壳、硅膜片、外引线；核心部分是硅膜片，其上边有半导体工艺做成四个相等的电阻，经连线接成wheatstone电桥，再用焊接法与外引线相连，当膜片两边存在压力差，膜片各点产生应力，从而使阻值发生变化，电桥失去平衡，输出相应的电压。

15、本发明所述的智能隔振风压计，所述隔振系统的磁致刚度为压缩刚度，压缩刚度通过下式计算为：

16、

17、隔振系统简化模型的运动方程为：

18、

19、式中：m为负载质量，即为风压监测系统的质量；k和c分别为刚度和阻尼；y和x分别为激励位移和响应位移；分别为激励速度和响应速度；为响应加速度。

20、本发明所述的智能隔振风压计，所述隔振系统共振频率通过下式计算：

21、

22、其中：ζ为阻尼比，ζ＝c/4πmfn，fn为隔振系统的固有频率。

23、本发明所述的智能隔振风压计，隔振系统中的线圈匝数通过下式计算：

24、

25、

26、式中：φ为穿过mre的磁通量；b为磁感应强度；r为磁路磁阻。

27、基于上述动力特性和特征参数，隔振系统可以实现对于风压监测系统的有效隔振。

28、有益效果

29、(1)本发明在传统风压计的基础上，加入了智能隔振系统，使监测系统的风压监测不受振源振动的影响，其工作环境更加稳定，测得风压数据更加准确。

30、(2)磁流变隔振系统极大地消耗了其因桥梁振动产生的能量，延长了监测系统的振动周期，使其相对位移变化较小，在隔振系统的保护环境下，减缓了监测系统多个方向上的振动，大幅提升了风压计测试设备的使用寿命。

31、(3)隔振风压计的mre隔振系统可以通过改变外加磁场的方式实现自身刚度的可控，即通过调节自身的刚度特性，来改变系统的固有频率，使系统的固有频率远离震源的振动频率，从而达到隔振目的。

32、(4)本发明安装工艺简单、装配要求低，很大程度上减少了隔振措施的制作和安装成本，且极大程度提高了监测系统的整体性能，因此具有广泛的工程应用前景。

技术特征：

1.一种智能隔振风压计，其特征在于：包括风压监测系统以及隔振系统；所述风压监测系统通过螺栓架设在隔振系统上部；隔振系统通过感知环境风压，改变自身刚度和阻尼以降低风压监测系统的振动。

2.根据权利要求1所述的智能隔振风压计，其特征在于：所述隔振系统包括上连接板(1)、上盖板(2)、线圈(3)、线圈支撑(4)、磁流变弹性体(5)、下连接板(6)、锚栓(7)、下底板(8)、外置传感器(9)、控制器(10)、外置套筒(26)；

3.根据权利要求2所述的智能隔振风压计，其特征在于：所述磁流变弹性体(5)为多层层叠结构，相邻的磁流变弹性体(5)之间布置金属片(14)；磁流变弹性体(5)的底端设有铁芯(15)，流变弹性体(5)通过铁芯(15)布置在下底板(8)上。

4.根据权利要求2所述的智能隔振风压计，其特征在于：所述的隔振系统中的磁流变弹性体(5)由mre材料制备而成；

5.根据权利要求1所述的智能隔振风压计，其特征在于：所述隔振系统的磁致刚度为压缩刚度，压缩刚度通过下式计算为：

6.根据权利要求1所述的智能隔振风压计，其特征在于：所述隔振系统共振频率通过下式计算：

7.根据权利要求2所述的智能隔振风压计，其特征在于：隔振系统中的线圈匝数通过下式计算：

技术总结
本发明涉及一种智能隔振风压计，属于桥梁风工程领域。智能隔振风压计包括风压监测系统以及隔振系统；所述风压监测系统通过螺栓架设在隔振系统上部；隔振系统通过感知环境风压，改变自身刚度和阻尼以降低风压监测系统的振动。本发明在传统风压计的基础上，加入了智能隔振系统，使监测系统的风压监测不受振源振动的影响，其工作环境更加稳定，测得风压数据更加准确。磁流变隔振系统极大地消耗了其因桥梁振动产生的能量，延长了监测系统的振动周期，使其相对位移变化较小，在隔振系统的保护环境下，减缓了监测系统多个方向上的水平振动，大幅提升了风压计测试设备的使用寿命。

技术研发人员：王浩,苏迅,杨国琛,赵恺雍,徐梓栋
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12