[发明专利]一种双出杆压电-磁流变复合智能阻尼器及其控制方法

说明书

一种双出杆压电‑磁流变复合智能阻尼器，包括工作缸（6），其两端对应安装有左端盖（5）和右端盖（10）；工作缸（6）内装有活塞（12）；活塞（12）的两端对应固定连接有第一活塞杆（1）和第二活塞杆（11）；活塞（12）将工作缸（6）分隔为分别位于活塞（12）两端侧的第一腔体和第二腔体，第一腔体和第二腔体内充满磁流变液（9）；工作缸（6）内壁设有压电陶瓷（8），在压电陶瓷（8）与活塞（12）之间形成工作间隙（7），工作间隙（7）连通第一腔体和第二腔体；工作间隙（7）一侧设有磁场发生装置，满足了土木工程在地震作用下减震控制的要求。还涉及该双出杆压电‑磁流变复合智能阻尼器的控制方法。

技术领域

本发明涉及一种双出杆压电-磁流变复合智能阻尼器及其控制方法，属于阻尼器领域，尤其涉及一种用于大型土木工程结构抗震(振)的阻尼器。

背景技术

强烈的地震给世界各国人民造成了巨大的灾害。地震中建筑物的大量破坏与倒塌，是造成地震灾害的直接原因。我国是世界上地震灾害最严重的国家之一，全国约450个城市中，位于地震区的占74.5％。28个百万以上人口的大城市中，有85.7％位于地震区。并且随着国家经济的发展，目前大型土木工程结构(主要集中在高层建筑结构、高耸构筑结构、大跨空间结构、桥梁结构、水坝等重要结构形式)的应用日益增多，所采用的材料趋向轻质高强，这就使结构柔度增加、阻尼下降，对风力及地震作用更为敏感。为保证结构的完整性与其它要求(如建筑物中人的舒适性等)，往往要对环境外载(如风、地震等)引起的响应进行控制。所以有关大型土木工程的抗震及减振问题更显突出，而通过在土木工程结构上设置控制机构，由控制结构与结构共同抵御地震动等动力荷载，使结构的动力响应减小的结构振动控制的研究有重要现实意义。

磁流变液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粘塑性体，且这种转变连续可逆。磁流变阻尼器是应用磁流变液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、阻尼力大而且连续可调等优点。根据结构的实际变形和外部地震(风振)激励，按照特定的控制规律，控制外加磁流变阻尼器的力学性能，从而在瞬间内改变结构系统的特性参数以使结构达到最好的控制效果。

压电材料是一种具有压电效应的特殊材料。所谓压电效应是指在压力作用下材料的两个表面会出现符号相反的束缚电荷(称为正压电效应)，或者在电场作用下材料产生与电场强度成比例的变形或应力(称为逆正压电效应)。压电材料可分为压电晶体、压电纤维、压电陶瓷和压电聚合物等几类。在土木T程结构控制领域得到较多关注的是压电陶瓷，其中锆钛酸铅(PZT)是最常用的压电陶瓷。

利用压电陶瓷可制作适用于土木工程结构智能控制的压电陶瓷驱动器和压电变摩擦阻尼器。

磁流变液阻尼器是一种以磁流变液为工作液的阻尼可调器件，磁流变液阻尼器的力学特性可以由外加磁场连续控制。其中的工作液为磁流变液，主要由载液、磁性颗粒及添加剂三部分组成，没有外加磁场作用时，该磁性液体表现为低粘度流体特性，一旦加入外加磁场，将呈现为高粘度的半固体状态。由于磁流变液阻尼器具有可调范围宽、响应速度快、功耗低、结构简单等优点，在机械振动、车辆、建筑结构等振动控制领域具有广泛的应用前景。

目前国内外开发耗能器和阻尼器大多是利用单一的耗能机制或单一的耗能元件和材料耗能，所提供的阻尼力和初始刚度有限。因此所需耗能器(阻尼器)数量较多，布置起来较麻烦，施工程序和周期增加，且影响建筑使用空间，如中国专利申请CN201110131422.9，这种阻尼器存在问题：一是动态时间较长，直接影响了磁流变液阻尼器的应用范围和减振效果；二是阻尼力调整范围有限，导致其土木工程结构的减震效果有限，大大限制了磁流变阻尼器的应用范围。另外现有的磁流变阻尼器普遍把阻尼孔设计在液压缸的内部，阻尼孔为液压缸的活塞与液压缸缸筒内壁之间，并且此间隙通常不可调节。

现有技术：

1、著作：《磁流变液智能材料与器件及结构振动的智能控制》[瞿伟廉著]2013年；