专利名称：一种质量调谐阻尼器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种特定的减振器，具体地说是一种抑制桥梁等杆式和塔柱式构筑物结构振动，并能推广应用于机械减振的质量调谐阻尼器。
质量调谐阻尼器的一般原理是质量调谐阻尼器作为安装在主振动结构上的一个附加动力消振装置，使主振动结构的振动能量向质量调谐阻尼器转移。通过调整，使得质量调谐阻尼器的刚度参数及阻尼参数达到最佳值，可使主振动结构的振动能量最大限度地向质量调谐阻尼器转移，从而最大限度地降低主振动结构的振动。而质量调谐阻尼器的振动能量则由其阻尼构件来耗散与控制，不至于无限制地加剧。现有技术中，与本实用新型相近的一种橡胶棒式质量调谐阻尼器，仅由一根橡胶棒作为悬臂杆件，其一端固定连接一个质量块(附加质量块)，另一端夹持于支架上而构成。如美国Bras Dor桥杆件抑振用的橡胶棒式质量调谐阻尼器(参见《气动弹性力学现代教程》美国，E.H.道尔，H.C.小柯蒂斯，R.H.斯坎伦，F.西斯托著；陈文俊，尹传家译；宇航出版社，第192页－194页)。这种质量调谐阻尼器的橡胶棒既是弹簧构件又是阻尼构件，阻尼器的刚度参数及阻尼参数的调整，完全通过调节橡胶棒的自由长度来实现，故极难使这两个参数同时调整到优化值；橡胶棒长期受附加质量作用而产生蠕变，且阻尼器裸露在外，外部环境如温度、湿度等将引起橡胶材料特性的变化，这些均使阻尼器的刚度参数及阻尼参数偏离其调试值，大幅度降低减振效果；由于直接夹持橡胶棒，夹持的力度直接影响刚度参数与阻尼参数的调试精度，使其重复性差，离散率高。这些构造上的缺陷使橡胶棒式质量调谐阻尼器的参数调整不能满足优化值的要求，因而不能达到最佳的抑振效果。
本实用新型的目的在于克服上述橡胶棒式质量调谐阻尼器的缺陷，提供一种刚度参数与阻尼参数部分分离的，性能稳定可靠的，各参数能同时调至最优值，因而可达到最佳抑振效果的质量调谐阻尼器。
本实用新型的目的是这样实现的用一个刚性盒体(或刚性构架)，作为整个质量调谐阻尼器的构架，同时也起到保护质量调谐阻尼器的作用，用弹簧钢片取代橡胶棒作为悬臂杆件，以构成质量调谐阻尼器的主要刚度构件，弹簧钢片的一端夹持或固定于刚性盒体内的夹座中，附加质量块则夹持或固定于弹簧钢片的另一端。通过调节附加质量块在弹簧钢片上的位置，或者调节弹簧钢片在夹座上的位置，来调节弹簧钢片的自由长度，从而达到调节质量调谐阻尼器刚度参数(亦即质量调谐阻尼器附加质量块的振动频率)的目的。在附加质量块与刚性盒体(或刚性构架)侧面沿振动方向设置阻尼橡胶构成的橡胶阻尼构件，将橡胶阻尼构件分别与附加质量块和刚性盒体(或刚性构架)相连(可用夹持或粘接等方法)。将刚性盒体(或刚性构架)固定到需减振的结构上，当结构振动时，附加质量块与结构产生相对位移，从而使橡胶阻尼构件产生弯曲与剪切变形，而这种变形使橡胶的高分子之间产生内摩擦耗散振动能量，从而提供质量调谐阻尼器所需的阻尼。此外，橡胶阻尼构件的弹性变形还提供质量调谐阻尼器的部分刚度。通过调节橡胶阻尼构件的形状、尺寸，以及在附加质量块和刚性盒体(或刚性构架)上的固定位置，可达到调整质量调谐阻尼器阻尼值的目的，进而实现质量调谐阻尼器的刚度参数和阻尼参数可部分分离调整，同时达到最优值的目的，产生最佳拟制振动效果。
上述技术方案与现有技术相比，通过合理的构造设计，实现了刚度参数与阻尼参数的部分分离，解决了现有技术中刚度参数与阻尼参数不能分离，以及随时间和外部环境改变产生较大变化的弊端，并且使各参数均能同时调节到最优值，从而使质量调谐阻尼器能达到最佳的抑振效果。
图1为现有技术中的一种质量调谐阻尼器的构造及安装示意图；图2为本实用新型的一种质量调谐阻尼器的构造示意图；图3为图2的A向视图；图4为实施例中质量调谐阻尼器在吊杆上的平面分布图。
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详述。
某钢桥某根拱吊杆，断面形状为H型，尺寸为720mm×520mm，长32m，其等效集中质量ml为3200Kg。因风引起吊杆弯曲涡振，实测未安装本实用新型质量调谐阻尼器时，涡振频率亦即吊杆自振频率fs＝2.44Hz，结构阻尼用对数衰减率表示♂0＝0.008，弯曲涡振的最大振幅值Amax达±70mm。按有效质量1.5％(即质量比μ＝m2／m1＝1.5％)确定需设置质量调谐阻尼器的总质量m2＝48Kg。根据吊杆的断面尺寸，按盒体不超出H型断面外缘的原则，设置8个小型质量调谐阻尼器，每个质量调谐阻尼器附加质量块的质量为6Kg。
图2、图3为本实施例质量调谐阻尼器的构造示意图，橡胶阻尼构件1、2用高阻尼值橡胶条(如9050A)弯成开口环形而构成，附加质量块3由尺寸为108×84×42mm的两块构成，用弹簧钢片4作为悬臂杆件。弹簧钢片4的上端用支座5及压板6，通过φ6mm螺栓7、8、9、10、11、12、13及14与刚性盒体15连接；附加质量块3用φ6mm的螺栓16、17、18及19夹持在弹簧钢片4上。橡胶阻尼构件1、2的开口侧压板20、21及压条22、23、24及25，亦通过螺栓16、17、18及19压在附加质量块3的压槽内。橡胶阻尼构件1、2的另一侧紧贴刚性盒体15。刚性盒体15由下插式盒体盖26封闭。刚性盒体15用2mm钢板采用整体冲压焊接成形，起着质量调谐阻尼器与吊杆直接相连的刚性构架和保护质量调谐阻尼器不受雨水等浸蚀的作用。盒体外型尺寸为194×130×390mm。运用质量调谐阻尼器优化原理，质量调谐阻尼器优化频率比γopt＝1／(1＋μ)，计算所得最优频率比γopt＝0.985，从而质量调谐阻尼器的优化频率值＝fs×γopt＝2.44×0.985＝2.40Hz，最优阻尼比§opt＝［3μ／8(1＋μ)3］1／2＝0.073，最优对数衰减率δopt＝2π§＝0.46。根据刚性盒体15的大小，确定弹簧钢片4的自由长度为190mm，经多次试验确定最优频率及阻尼值时，弹簧钢片4的厚度为2mm，宽度为22mm，橡胶阻尼构件1、2所用橡胶条的长度，宽度，厚度分别为265mm，30mm及6.5mm。试验方法为将质量调谐阻尼器安装在调试支座上，把B&K8001阻抗头固定于质量调谐阻尼器质量块上测取质量块运动的加速度信号，经B&K2626调制放大器调制放大后输入到HP3562A动态信号分析仪进行分析。试验采用初位移释放法，即给予质量块一个初位移然后释放，记录质量块振动衰减曲线，从该曲线直接测取质量块振动的频率值及对数衰减率。如果测取的频率值比优化频率值高很多，则需降低弹簧钢片4的厚度或宽度，反之则需增加弹簧钢片4的厚度或宽度；若对数衰减率比优化值δopt高很多，则应降低橡胶阻尼构件1、2所用橡胶条的厚度，反之增加橡胶条的厚度。当测取的频率值与对数衰减率均接近给定的优化值时，则可通过微调弹簧钢片4的自由长度及微调橡胶条的长度，使频率及阻尼更接近最优值，使偏差达到允许调试误差以内。具体地说若频率值偏高则增加弹簧钢片4的自由长度，反之，减小弹簧钢片4的自由长度；若对数衰减率偏高，则增加橡胶条长度，反之，减小橡胶条长度。经核算，频率值较优化值的允许偏差为±1％，对数衰减率较优化值的允许偏差为－3％～7％，实际调试8个质量调谐阻尼器频率值的偏差为±1％，对数衰减率的偏差仅为－2％～5％。
将本实用新型的8个质量调谐阻尼器用螺栓安装到H型吊杆中点上、下各2m的两个截面上，每个截面各安装4个。质量调谐阻尼器在吊杆截面上的平面布置如图4所示。当吊杆振动时，固定在吊杆上的质量调谐阻尼器的刚性盒体15随吊杆一起振动，同时引起质量调谐阻尼器的附加质量块3产生与吊杆(亦即刚性盒体15)之间的相对运动，将吊杆振动能量向质量调谐阻尼器转移，并将引起橡胶阻尼构件1、2的弯曲和剪切变形，从而使橡胶高分子之间产生内摩擦而耗散振动能量。因为所有质量调谐阻尼器的频率与阻尼值均调至接近最优值，故使得吊杆的振动能量得以最大限度地向质量调谐阻尼器转移，并由质量调谐阻尼器耗散掉，从而使吊杆的涡振得到充分地抑制。实测安装质量调谐阻尼器之后，吊杆低阶弯曲模态的有效阻尼以对数衰减率表示为δe＝0.28，弯曲涡振最大振幅仅为±2mm，实际抑振倍率达35倍，远远超出国外现有技术中类似产品所达到的水平。
权利要求1.一种质量调谐阻尼器，主要由刚性构架，悬臂杆件，以及附加质量块构成，其特征是沿振动方向，在附加质量块侧面安置有橡胶阻尼构件。
2.根据权利要求1所述的质量调谐阻尼器，其特征在于采用弹簧钢片作为悬臂杆件。
3.根据权利要求1所述的质量调谐阻尼器，其特征在于橡胶阻尼构件由高阻尼值橡胶条弯曲而成。
专利摘要一种抑制桥梁等杆式和塔柱式构筑物结构振动，并能应用于机械减振的质量调谐阻尼器，采用弹簧钢片作为悬臂杆件，在附加质量块与盒体侧面沿振动方向设置橡胶阻尼构件，当结构振动时，附加质量块与结构产生相对位移，使橡胶阻尼构件产生弯曲与剪切变形，进而使橡胶的高分子之间产生内摩擦耗散振动能量，实现了刚度参数与阻尼参数的部分分离，使各参数均能同时调节到最优值，从而使质量调谐阻尼器能达到最佳的抑振效果。
文档编号E04B1/62GK2194935SQ9423794
公开日1995年4月19日 申请日期1994年7月31日 优先权日1994年7月31日
发明者顾金均, 汪正兴, 刘蓬风 申请人:铁道部大桥工程局桥梁科学研究所