内碰振型多质量阻尼器

1.本发明涉及结构控制装置领域，特别涉及一种内碰振型多质量阻尼器。


背景技术：

2.现有技术中常见的质量阻尼器有以下几种：调谐质量阻尼器(tmd)、非线性能量阱(nes)及碰振型质量阻尼器。
3.其中，调谐质量阻尼器中的弹簧部件是线性弹簧，线性弹簧的刚度不会随自身的伸缩变化。因此，当调谐质量阻尼器的附加质量和弹簧刚度确定后，调谐质量阻尼器只有一个不变的自振频率。当主体结构自振频率发生变化时，调谐质量阻尼器与主体结构不再调谐，两者之间无法形成有效的共振机制，调谐质量阻尼器的减振性能将大大退化，即调谐质量阻尼器对主体结构动力特性敏感。
4.而对于非线性能量阱，其刚度随位移而变化，具有连续变化的自振频率，因此可与众多频率发生共振。然而，当结构受到的荷载很小(很大)时，nes位移很小(很大)，其对应刚度也很小(很大)，即输入能量较小(较大)时nes的自振频率较小(较大)。两种情况下，nes的自振频率与主体结构的自振频率相差大，难以形成有效的共振机制，减振能力退化，即非线性能量阱对输入能量大小敏感。
5.对于调谐质量阻尼器和非线性能量阱的敏感问题，碰振型质量阻尼器在质量阻尼器的基础上增加了碰撞耗能机制，能量可通过碰撞快速耗散，在同等质量的情况下，减振效率大幅提高。但是，碰振型质量阻尼器的碰撞发生在附加质量和主体结构之间，碰撞发生瞬间将产生巨大的加速度和作用力，容易造成构件受力过大而发生局部破坏，并加剧使用者的人体感官和心理恐慌。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种减振效率高的内碰振型多质量阻尼器，能够大幅度减小应用其的建筑结构、机械、设备等主体结构的振动响应。
7.根据本发明实施例的内碰振型多质量阻尼器，包括安装板、导轨及至少三个附加质量块，其中，导轨固定在所述安装板上，各所述附加质量块均滑动安装在所述导轨上，以位于两端的所述附加质量块为第一质量块，各所述第一质量块分别通过一号弹性元件与所述安装板相连。
8.根据本发明实施例的内碰振型多质量阻尼器，至少具有如下有益效果：此内碰振型多质量阻尼器，其中的第一质量块通过一号弹性元件与安装板连接，起到对全部附加质量块的运动限位的作用，能够防止附加质量块脱离导轨的情况发生；再者，该阻尼器具有两种耗能机制，其一为相邻的附加质量块之间发生碰撞后实现的碰撞耗能，其二为各附加质量块在导轨上运动过程中实现的运动耗能，二者的叠加极大提高了整体的减振效率；同时，由于碰撞发生在相邻的附加质量块之间，不会对安装其的主体结构产生碰撞瞬间的巨大作
用力，能够有效避免主体结构被局部破坏的情况发生。
9.根据本发明的一些实施例，各所述附加质量块朝向邻接所述附加质量块的侧面为碰撞面，所述碰撞面上覆盖有变形层。
10.根据本发明的一些实施例，所述变形层的材质为刚性材料或者弹性材料或者粘滞材料。
11.根据本发明的一些实施例，所述安装板上设有固定装置，各所述一号弹性元件的一端连接所述第一质量块且另一端连接至所述固定装置。
12.根据本发明的一些实施例，所述固定装置包括分别设置在所述导轨两侧的立件，两侧的所述立件和各所述第一质量块之间分别连接有所述一号弹性元件。
13.根据本发明的一些实施例，以位于中间的所述附加质量块为第二质量块，各所述第二质量块与两侧的所述立件通过二号弹性元件相连。
14.根据本发明的一些实施例，所述一号弹性元件和/或所述二号弹性元件与所述安装板平行。
15.根据本发明的一些实施例，所述一号弹性元件、所述二号弹性元件分别为线性弹簧或非线性弹簧或线性弹簧和非线性弹簧的组合。
附图说明
16.下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
17.图1为本发明实施例的内碰振型多质量阻尼器的整体结构图。
具体实施方式
18.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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，仅是为了便于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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
21.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
22.参照图1，本发明实施例的内碰振型多质量阻尼器，包括安装板1、导轨2及至少三个附加质量块3，其中，导轨2固定在安装板1上，各附加质量块3均滑动安装在导轨2上，可以理解的是，各附加质量块3沿导轨2的延伸方向依次并列排布。进一步地，以位于两端的附加质量块3为第一质量块3a，各第一质量块3a分别通过一号弹性元件4与所述安装板1相连。
23.根据本发明实施例的内碰振型多质量阻尼器，其中的第一质量块3a通过一号弹性元件4与安装板1连接，起到对全部附加质量块3的运动限位的作用，能够防止附加质量块3脱离导轨2的情况发生；再者，该阻尼器具有两种耗能机制，其一为相邻的附加质量块3之间发生碰撞后实现的碰撞耗能，其二为各附加质量块3在导轨2上运动过程中实现的运动耗能，二者的叠加极大提高了整体的减振效率；同时，由于碰撞发生在相邻的附加质量块3之间，不会对安装其的主体结构产生碰撞瞬间的巨大作用力，能够有效避免主体结构被局部破坏的情况发生。
24.具体地，此实施例当中，相邻的附加质量块3之间可发生碰撞，即各附加质量块3朝向与之邻接的附加质量块3的侧面为碰撞面；其中，各个碰撞面上分别覆盖有变形层，以此能够调节碰撞剧烈程度，借助材料变形耗能，减小附加质量块3在碰撞后发生损坏的可能性，，以及减小因碰撞而产生的噪音。可以理解的是，实际操作中，变形层的制作材质可以为刚性材料或者弹性材料或者粘滞材料，各变形层可采用相同或者不同的材料制作形成。
25.在本发明的一些实施例中，安装板1上设有固定装置，各一号弹性元件4的一端连接第一质量块3a且另一端连接至固定装置。更为具体地，该实施例的固定装置包括分别设置在导轨2两侧的立件51，两侧的立件51和各第一质量块3a之间分别连接有一号弹性元件4；如图1所示，两侧的立件51相对于导轨2对称分布，且各一号弹性元件4与安装板1相互平行。以位于中间的附加质量块3为第二质量块3b，在另一些实施例当中，可设置各第二质量块与两侧的立件51通过二号弹性元件相连，可以理解的是，二号弹性元件可设置为与安装板1相平行的状态。其中，一号弹性元件4、二号弹性元件分别为线性弹簧或非线性弹簧或线性弹簧和非线性弹簧的组合，即各一号弹性元件4/二号弹性元件的弹簧类型不仅可全为线性弹簧或全为非线性弹簧或全为线性弹簧
‑
非线性弹簧的组合，还可为上述三种弹簧类型的组合，具体按照实际需要进行选择。
26.参照图1，本发明实施例的内碰振型多质量阻尼器，以各相邻碰撞面初始距离为0为例进行说明，将全部一号弹性元件4(和二号弹性元件)的组合称为弹簧组。一号弹性元件4与第一质量块3a运动方向垂直时，拉紧的弹簧组在附加质量块3的运动方向产生线性恢复力，等同于tmd中的弹簧部件；一号弹性元件4与第一质量块3a运动方向垂直时保持原长的弹簧组在附加质量块3的运动方向产生近似三次方的恢复力，等同于nes中的弹簧部件。可以理解的是，附加质量块3和安装板1之间的一号弹性元件4(和二号弹性元件)还可同时由线性弹簧和非线性弹簧组成，各组弹簧可连接相同或不同立件51，如此设置，附加质量块3在运动方向能够同时具有线性和非线性特点的恢复力。
27.本发明实施例的内碰振型多质量阻尼器的工作原理为，主体结构发生振动时，弹簧组带动全部附加质量块3沿导轨2运动，一号弹性元件4(和二号弹性元件)的类型组合和刚度大小可按需选择，通过调节弹簧组能够使该阻尼器与主体结构相调谐；由于附加质量块3和导轨2间存在摩擦阻尼，附加质量在运动过程中可消耗一部分能量。通过设计各附加质量块3的大小、一号弹性元件4(和二号弹性元件)类型及刚度系数等，使相邻的附加质量块3的运动不同步，当相邻的附加质量块3的位移之差小于对应碰撞面初始距离时，相邻的附加质量块3之间即发生碰撞，消耗能量。于此，因主体结构的振动而带动各附加质量块3沿导轨2作往复运动时，该内碰振型多质量阻尼器内部存在两种耗能机制，无碰撞时附加质量的运动耗能和附加质量间的碰撞耗能；而由于能量在碰撞中耗散的速度快，使现有技术中
存在的tmd和nes的敏感问题也得到改善。
28.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。