[发明专利]一种基于生物启发的阻尼器

说明书

本发明涉及一种基于生物启发的阻尼器，包括封闭并充满液体的液压缸(3)，以及轴向插设在液压缸(3)中的活塞杆(5)，位于液压缸(3)内的活塞杆(5)部分还设有液压耗能单元；活塞杆(5)沿轴向在液压杆内往复运动时，液压耗能单元对所述液压杆施加如“弱键和隐藏长度”的生物力学机制的作用力。与现有技术相比，本发明利用了生物“弱键和隐藏长度”的力学机制，可以方便地在结构控制中产生耗能的作用。

技术领域

本发明涉及工程振动控制领域，尤其是涉及一种基于生物启发的阻尼器。

背景技术

生物启发(Bio-inspired)的核心思想在于从生物体的行为、运行机制中学习，启发出新的思想，并将其应用于科学研究与工程领域。生物启发在工程中的应用已经有相当悠久的历史，有一个特定的称谓叫做“仿生学”。仿生学是研究生物系统的结构、形状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学。近几年，生物启发的概念也正渐渐被引入土木工程研究领域。

结构的振动控制是一个热门的研究领域，其目的在于减轻地震和风荷载对结构的损害。土木工程结构振动控制常用的设备包括调谐质量阻尼器、基础隔震设备、斜撑式阻尼器等。这些设备包括被动式(不需要外界能源输入)，以及半主动式/主动式(需要外界能源供给)。近年来，基于生物启发的阻尼器已经被用于结构振动控制领域，来防止结构在极端灾害下的损坏。

生物系统具有独特的耗能机制来防止由自然灾害引起的损害。研究表明，鲍鱼壳和骨头具有优异的力学性能及摩擦学性能，主要得益于其3％的间质有机基体。这种有机质包含一种具备“弱键和隐藏长度(Sacrificial bonds and hidden length)”的生物力学机制的特殊“胶”。具有“弱键和隐藏长度”性能的生物系统可以耗散能量从而抵抗外部威胁，使得鲍鱼壳和骨骼具有卓越的力学性能。

这个力学机制是可逆的，当外力卸载后，弱键仍可以重新形成。在鲍鱼壳、骨骼和肌肉中的肌联蛋白中，每条分子都有很多弱键，它们串联在一起同时作用。每条分子上弱键的力-位移关系为“锯齿”状(如图1(a))，图1(a)为生物研究者通过对鲍鱼壳进行力学试验得到的力-位移关系曲线，根据该实测曲线得到如图1(b)所示“弱键和隐藏长度”机制的理想力学模型。本发明正是基于这种可逆的力学机制模型而提出来的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于生物启发的新型阻尼器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于生物启发的阻尼器，包括封闭并充满液体的液压缸，以及轴向插设在液压缸中的活塞杆，位于液压缸内的活塞杆部分还设有液压耗能单元；活塞杆沿轴向在液压杆内往复运动时，液压耗能单元对所述液压杆施加如“弱键和隐藏长度”的生物力学机制的作用力。

优选的，所述的活塞杆上设有分隔盘，在液压缸内还设有将所述液压缸和分隔盘均分隔为中心对称两个半部分的液体分隔板；

所述的分隔盘的两个半部分中，每个半部分的分隔盘均与所述液压缸的表面紧密接触，每个半部分的分隔盘上对称设有m个同向的单向通道和n个同向的单向释压通道，其中，m，n均为不小于1的整数，并满足：位于同一个半部分上单向通道与单向释压通道的方向相反，位于不同的半部分上的两个单向通道的方向也相反；

所述的液压缸的两个半部分中，沿分隔盘上的单向通道的方向，每个半部分的液压缸的内壁面分为依次连接的内壁a段和内壁b段，其中，内壁a段为与分隔盘紧密接触的光滑壁面，内壁b段上加工有x条沿轴向的沟槽，其中，x为不小于1的整数。

更优选的，同一个半部分的分隔盘上，所述单向通道、单向释压通道分别均布在同一个半圆周线上。

更优选的，所述的单向通道包括贯穿分隔盘的通孔a，以及设置在所述通孔a内的一个单向阀；