[发明专利]一种采用STF和MRF组合式抗冲减振耗能阻尼器进行抗冲减振的方法

说明书

本发明提供了一种STF和MRF组合式抗冲减振耗能阻尼器，其包括外套筒、内套筒、芯柱、上连接件和下连接件，所述内套筒位于所述外套筒内，所述芯柱位于所述内套筒内；所述上连接件与所述内套筒的上部连接并伸出于外套筒；所述芯柱依次穿过所述内套筒、外套筒伸出于外套筒，与所述下连接件连接；所述外套筒与内套筒之间填充有磁流变液体，所述外套筒的内壁设有通电线圈，所述内套筒的内部填充有剪切增稠液体。采用本发明的技术方案，综合了STF和MRF两者的优点，使两者发生协同作用，具有优良的阻尼器力学特性；结构简单，安装拆卸方便，并完全实现自复位，解决了传统阻尼器在应用中需要大量连接件和施工不便的难题。

技术领域

本发明属于工程结构振动控制技术领域，尤其涉及一种STF和MRF组合式抗冲减振耗能阻尼器。

背景技术

自然环境中存在多种动荷载，如地震、爆炸、浮冰或轮船撞击、碰撞、强风以及冰荷载等。依据荷载变化的快慢不同，这些动荷载可分为周期性荷载、随机荷载以及冲击荷载。工程结构在实际环境中，这些动荷载及其组合往往对其造成大幅振动甚至破坏。因此，复杂荷载环境下的工程结构振动控制问题尤为重要。

MRF(Magnetorheological Fluid，磁流变液体)是一种性能优良的智能材料，在磁场的作用下能够在瞬间从牛顿流体转变为剪切屈服能力较高的 Bingham塑性流体，且这种转变连续可逆。MRF阻尼器是应用磁流变液体在强磁场下的快速可逆流变特性而制造的一种新型振动控制装置，具有结构简单、相变快、阻尼力连续可调等优点。但是，单一的MRF阻尼器所提供的阻尼力和初始刚度比较有限，且在快速冲击荷载作用下，MRF阻尼器还存在响应时间问题。同时，MRF阻尼器在零电流状态下阻尼通道处磁感应强度为零，因而当其在该状态下用于结构的被动控制时出力过小，控制效果并不理想，即故障安全性能不佳。

相比MRF，STF(Shear thickening fluid，剪切增稠流体)也是一种性能优良的智能材料，不同的是STF特性取决于其剪切应变率，在承受高应变率荷载时，接触界面的表观粘度发生巨大变化，甚至由液相转变为固相，即发生剪切增稠行为，此时，STF的剪切模量远大于其初始的剪切模量。重要的是，当荷载撤销时，STF能瞬时由固相转变为液相，即这种变化是可逆的。STF阻尼器就是利用STF的剪切增稠特性保护主体结构抵抗冲击荷载响应，但是，STF阻尼器在低速振动下，其阻尼力和刚度由于STF没有发生剪切增稠行为，因此其控制效果不理想。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种STF和MRF组合式抗冲减振耗能阻尼器，充分利用STF和MRF的耗能机制，开发了一种恢复力大、适用荷载范围广、构造简单的STF和MRF组合式抗冲减振耗能阻尼器，解决了现有单一MRF阻尼器的阻尼力和初始刚度不够理想的问题，安全性能不佳，适用荷载范围有限等问题；以及STF阻尼器在低速振动下的控制效果不理想的问题。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种STF和MRF组合式抗冲减振耗能阻尼器，其包括外套筒、内套筒、芯柱、上连接件和下连接件，所述内套筒位于所述外套筒内，所述芯柱位于所述内套筒内；所述上连接件与所述内套筒的上部连接并伸出于外套筒；所述芯柱依次穿过所述内套筒、外套筒伸出于外套筒，与所述下连接件连接；所述外套筒与内套筒之间填充有磁流变液体，所述外套筒的内壁设有通电线圈，所述内套筒的内部填充有剪切增稠液体。其中，所述通电线圈通过导线与外界电源连接。

采用此技术方案，内套筒与芯柱之间充满MRF，其在通电线圈产生的磁场作用下能瞬间转换成固态产生阻尼力，当内套筒振动速度较低，但幅值较大时，通过改变通电线圈的电流从而改变外加磁场使MRF产生阻尼力，从而实现工程结构减振耗能；外套筒与内套筒之间充满STF，当内套筒瞬时振动速度较大时，STF发生剪切增稠行为产生阻尼力，从而实现工程结构抗冲隔振；内套筒沿着芯柱和外套筒上下振动，使STF和MRF分别受到挤压，从而产生协同作用，产生更大的阻尼力。