本發(fā)明涉及建筑物減震，尤其是涉及一種阻尼系數(shù)自適應(yīng)的電渦流阻尼器及設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、電渦流阻尼器利用電渦流原理來耗散結(jié)構(gòu)振動能量，是一種被動耗能減振裝置，與摩擦阻尼器、黏滯液體阻尼器等常用的傳統(tǒng)被動耗能減振裝置相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、耐久性好、啟動摩阻力低等優(yōu)點(diǎn)。公開號為cn104265818b的專利公開了一種外杯旋轉(zhuǎn)式軸向電渦流阻尼器，它可以將旋轉(zhuǎn)式電渦流阻尼部分的阻尼系數(shù)和慣性質(zhì)量矩放大成百上千倍，轉(zhuǎn)變?yōu)榉浅４蟮妮S向阻尼系數(shù)和軸向等效附加質(zhì)量，同時解決了電渦流阻尼難以制作大阻尼系數(shù)的軸向阻尼器問題和模擬速度指數(shù)小于1的抗震阻尼器問題。然而，該阻尼器切割磁感線位置的磁場強(qiáng)度恒定，在小振動和大震作用下，阻尼系數(shù)一致，難以適應(yīng)結(jié)構(gòu)在小振作用下需要相對較小的阻尼(減小加速度提高舒適性)和大震作用下需要更大的阻尼(提高結(jié)構(gòu)安全，大震不倒)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問題

2、基于此，本發(fā)明提出一種阻尼系數(shù)自適應(yīng)的電渦流阻尼器及設(shè)計(jì)方法，用以解決現(xiàn)有的電渦流阻尼器難以根據(jù)不同的振動響應(yīng)自適應(yīng)不同阻尼的問題。

3、(二)技術(shù)方案

4、本發(fā)明為克服上述問題或者至少部分地解決上述問題，提供一種阻尼系數(shù)自適應(yīng)的電渦流阻尼器，包括固定部，所述固定部上轉(zhuǎn)動設(shè)置有旋轉(zhuǎn)塊，所述旋轉(zhuǎn)塊螺紋連接有絲杠，所述旋轉(zhuǎn)塊上設(shè)有導(dǎo)體板和背鐵，所述固定部在朝向?qū)w板的位置上設(shè)有電磁鐵，所述旋轉(zhuǎn)塊上設(shè)有滑槽和滑動變阻器，所述滑槽內(nèi)滑動設(shè)置有滑塊，所述滑塊的內(nèi)側(cè)通過彈簧與旋轉(zhuǎn)塊連接，所述滑塊與滑動變阻器的滑片固定，所述固定部與旋轉(zhuǎn)塊之間設(shè)有兩個滑動導(dǎo)電件，所述電磁鐵的一個電極通過一個滑動導(dǎo)電件與滑動變阻器的一個接線柱連接，然后經(jīng)過滑片與滑槽內(nèi)的導(dǎo)線連接，所述導(dǎo)線與另一個滑動導(dǎo)電件連接；所述滑槽內(nèi)設(shè)置有第一限位裝置和第二限位裝置，所述滑塊設(shè)于第一限位裝置和第二限位裝置之間。

5、優(yōu)選的，所述滑槽內(nèi)的導(dǎo)線為螺旋狀。

6、優(yōu)選的，所述滑動導(dǎo)電件包括導(dǎo)電環(huán)和導(dǎo)電片，所述導(dǎo)電片與導(dǎo)電環(huán)滑動連接。

7、優(yōu)選的，所述導(dǎo)電環(huán)固定在旋轉(zhuǎn)塊上，所述導(dǎo)電片固定在固定部上，一個所述導(dǎo)電環(huán)與滑動變阻器的接線柱連接，另一個所述導(dǎo)電環(huán)與滑槽內(nèi)的導(dǎo)線連接。

8、優(yōu)選的，所述滑塊為重力球。

9、優(yōu)選的，所述背鐵與旋轉(zhuǎn)塊之間形成有減重腔。

10、優(yōu)選的，所述旋轉(zhuǎn)塊的兩端分別通過軸承與固定部連接。

11、優(yōu)選的，所述固定部包括第一連接管以及與所述第一連接管固定的第二連接管，所述第二連接管的管徑大于第一連接管的管徑，所述旋轉(zhuǎn)塊轉(zhuǎn)動設(shè)置在第二連接管內(nèi)，所述絲杠穿過第二連接管伸入第一連接管內(nèi)，所述第二連接管遠(yuǎn)離第一連接管的一端設(shè)有封板，所述封板通過螺栓與第二連接板固定。

12、優(yōu)選的，所述絲杠為滾珠絲杠。

13、本發(fā)明還提供了一種如上述所述的阻尼系數(shù)自適應(yīng)的電渦流阻尼器的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

14、s1：外部激勵作用下，重力球受離心力作用其運(yùn)動軌跡半徑r為；

15、

16、其中，m為重力球的質(zhì)量，a為重力球重心離旋轉(zhuǎn)塊軸心最近的距離，b為重力球重心離旋轉(zhuǎn)塊軸心最遠(yuǎn)的距離，k為彈簧的剛度，f0為無外部激勵下彈簧的預(yù)拉力，為旋轉(zhuǎn)塊旋轉(zhuǎn)的角速度，fu為滑動變阻器的滑片滑動時的摩擦力；

17、s2：設(shè)重力球在第二限位裝置位置時滑動變阻器的電阻值為ra，重力球在第一限位裝置位置時滑動變阻器的電阻值為rb，ra>rb，則滑動變阻器在任意位置的電阻rr為：

18、

19、令則

20、rr＝β(r-a)+ba????(2)

21、設(shè)除滑動變阻器外的回路電阻為r0，則無激勵荷載作用下回路電流i0為：

22、

23、有激勵荷載作用下回路電流ir為：

24、

25、設(shè)nr為：

26、

27、在理想狀態(tài)下，磁感應(yīng)強(qiáng)度b與電流i成正比，即

28、br＝nrba???(6)

29、其中，br為重力球在r位置上的磁感應(yīng)強(qiáng)度，ba為重力球在第二限位裝置位置上的磁感應(yīng)強(qiáng)度；

30、s3：根據(jù)導(dǎo)體板位置磁場強(qiáng)度和導(dǎo)體板線速度計(jì)算導(dǎo)體板中的切向電渦流強(qiáng)度jτ：

31、jτ＝σvbr???(7)

32、其中，σ為導(dǎo)體板的磁導(dǎo)率，v為導(dǎo)體板運(yùn)動的線速度，d為導(dǎo)體板中心到旋轉(zhuǎn)塊軸心的距離；

33、計(jì)算電渦流切向阻尼力fτ：

34、fτ＝∫jτbrdv＝∫σvbr2dv＝nr2∫σvba2dv＝crvτ?????(8)

35、其中，電渦流阻尼系數(shù)與導(dǎo)體的磁導(dǎo)率σ成正比，與磁感應(yīng)強(qiáng)度的br平方成正比；本電渦流阻尼器介質(zhì)等不變，即磁導(dǎo)率σ為恒值；cr為r位置上的阻尼系數(shù)，vτ為導(dǎo)體板切割磁場的速度；

36、cr＝nr2ca???(9)

37、其中，ca為a位置上的阻尼系數(shù)，ca可由初始條件求得，即

38、

39、設(shè)電渦流阻尼力矩為tc，根據(jù)能量守恒定律，直線運(yùn)動功率與轉(zhuǎn)動功率相等，可得到如下等式：

40、

41、由圓周運(yùn)動規(guī)律可知則

42、

43、令cr＝d2cτ，則cr為電渦流阻尼器的轉(zhuǎn)動阻尼系數(shù)；

44、s4：設(shè)無激勵荷載作用下阻尼器的轉(zhuǎn)動慣量為i0，則阻尼器的轉(zhuǎn)動慣量i為：

45、i＝i0+mr2-ma2(a≤r≤b)????(13)

46、s5：由絲杠的特性可知：

47、

48、其中，s為絲杠的導(dǎo)程，u為滾珠絲桿的軸向位移；

49、s5：計(jì)算阻尼器轉(zhuǎn)子上總力矩t，阻尼器轉(zhuǎn)子上總力矩t包括轉(zhuǎn)動慣量力矩ti和電渦流阻尼力矩tc；

50、

51、則t為：

52、

53、其中，分別為轉(zhuǎn)子的角速度和角加速度，旋轉(zhuǎn)塊、背鐵、導(dǎo)體板、彈簧、滑動變阻器和滑塊構(gòu)成轉(zhuǎn)子；

54、由絲杠傳動的原理可求得絲杠軸向力f：

55、

56、其中γ為絲杠傳動效率；

57、將(1)(5)代入(16)得不同的外部激勵下電渦流阻尼器的軸向力f：

58、

59、通過上式，能夠根據(jù)不同的外部激勵設(shè)計(jì)出相應(yīng)的阻尼器。

60、(三)有益效果

61、本發(fā)明的阻尼系數(shù)自適應(yīng)的電渦流阻尼器有如下的優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明在旋轉(zhuǎn)塊上設(shè)置滑槽、滑塊、彈簧和滑動變阻器，改變阻尼器的阻尼系數(shù)，使電磁鐵在外部激勵小時的磁感應(yīng)強(qiáng)度為較小恒值，從而使電渦流阻尼器獲得一個較小的減振效果，提高建筑的舒適性。在外部激勵過大時，減小電磁鐵的回路上的電阻，增大回路的電流，從而增大電磁鐵的磁感應(yīng)強(qiáng)度，使電渦流阻尼器的減振效果大幅提高，從而提高建筑的安全性。本發(fā)明可以根據(jù)不同的振動響應(yīng)自適應(yīng)不同的阻尼，其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，修改幅度小，制作難度低。