[发明专利]一种半主动可复位双势阱减振装置

说明书

本发明公开了一种半主动可复位双势阱减振装置，该装置主要由振子、滑轨、底板、空气弹簧、销轴、支架、螺栓、气体导管、空气泵、三通管道连接件、振动信号处理器和信号输出线组成。所述空气弹簧的强非线性特征提高了双势阱减振装置的非线性程度，优化了系统的振动控制频带和工作冲程。振动信号处理器实时收集和识别振子在地震和强风激励下的振动频率，并将偏离最优频率范围的减振系统刚度调整至最优频率区间内，提高减振系统的振动控制效果；同时，振动信号处理器在振子停止振动后驱动空气弹簧将振子复位，并收集和识别振子在环境激励下的频率，调整空气弹簧内部压强至双势阱的压强，使控制系统在结构发生下一次振动时有较好的初始振动控制效果。

技术领域

本发明属于土木工程的振动控制领域，具体涉及一种半主动可复位双势阱减振装置，主要用于基础设施结构和建筑结构等的振动控制。

技术背景

结构振动控制技术在建筑结构的抗震、抗风中发挥着重要的作用，其中调谐质量控制技术发展较为成熟，因其概念简单、机理明确、对原结构改动小等优点而成熟应用于工程实践中。然而，受到传统调谐质量控制技术力学原理的限制，其恢复力与振子位移呈线性关系，导致其只能在共振区附近的很小一段特定频率范围内具有良好的减振效果，对于偏离这一范围的频率其减振效果不佳，且对工作环境变化敏感。为此，学者们提出了非线性能量阱技术以降低振动信号处理器对激振频率的敏感性。非线性能量阱作为一种新兴的结构振动控制技术，其恢复力与振子位移呈非线性关系，因此相比传统调谐质量控制技术具有较宽的减振频带。此外，非线性能量阱因其非恒定的非线性刚度而具有靶向能量传递机制，可以快速传递结构振动能量至减振系统中并耗散，是一种鲁棒性较高的振动控制技术。

非线性能量阱预先设定的刚度一般基于其在特定外界激励下发生靶向能量传递时的最优理论刚度值，然而因非线性能量阱的能量鲁棒性稍差，使得不同初始振动条件下非线性能量阱的最优刚度不尽相同，导致不同类型激励及激励幅值下非线性能量阱的减振效果可能与预期不大一致。同时，为解决传统非线性能量阱因较高的启动阈值导致振动前期减振效果不明显的问题，学者们将双稳态的概念引入非线性能量阱，使其具有对称的两个势能阱，从而构造出前期启动速度较快的双势阱。然而，传统双势阱的振子在振动结束后一定会停留在其中一个势能阱的稳态平衡位置，导致双势阱在下一次振动时无法具有快速启动的特性，也与双势阱最初的计算模型不符合。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题至少其一而提供一种半主动可复位双势阱减振装置，通过构造双势阱使系统在振动初期即获得较好的振动控制效果，且通过对空气弹簧非线性刚度的调控极大地拓宽了减振系统的控制激励频带，同时在振子结束振动后通过振动信号处理器和空气泵将振子复位，使得系统符合理论计算模型，保证控制系统具有较高的振动控制效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明是一种半主动可复位双势阱减振装置，主要包括振子、滑轨、底板、空气弹簧、销轴、支架、螺栓、气体导管、空气泵、三通管道连接件、振动信号处理器和信号输出线。其中，振子与滑轨紧密连接，滑轨焊接固定在底板上。空气弹簧通过销轴与振子垂直连接，且空气弹簧通过销轴与支架连接并通过螺栓固定在底板上。空气弹簧的充气口通过气体导管与空气泵连接，且气体导管连接到三通管道连接件上便于空气泵的充气与抽气。振动信号处理器通过信号输出线控制空气泵的工作状态。

本发明中，振子的主体是一个质量块箱体，质量块箱体顶部有盖板防止质量块脱离振子，且盖板上有螺栓孔用于与空气泵连接，质量块箱体底部有半圆柱及圆柱形凸出块体与滑轨连接。

本发明中，滑轨的轨道凹槽与振子下部的凸出块体吻合，以此保证振子在滑轨上稳定滑行。

本发明中，底板具有2个螺纹孔，底板通过螺栓与支架连接固定。

本发明中，空气弹簧的充气口用于提高空气弹簧的内部压强，抽气口用于降低空气弹簧的内部压强，且活塞杆的一端与振子上的销轴进行铰接，空气弹簧的另一端与支架的销轴进行铰接。