本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)減振耗能，特別涉及一種無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置。

背景技術(shù)：

1、柔性結(jié)構(gòu)在動力荷載作用下容易產(chǎn)生大幅振動，繼而引發(fā)結(jié)構(gòu)疲勞乃至失效破壞等問題。結(jié)構(gòu)振動控制是確保結(jié)構(gòu)安全的重要技術(shù)，按照是否需要提供外部能源分類，結(jié)構(gòu)振動控制方法分為被動控制、主動控制和半主動控制。半主動控制具有外部輸入能量少、振動控制效果好等優(yōu)點，是極具工程應(yīng)用價值的控制方法。雖然半主動非線性阻尼控制能取得比被動控制更好的減振效果，但在實際應(yīng)用中仍然存在一些問題。特別是現(xiàn)有的半主動控制系統(tǒng)需要外部輸入的調(diào)控能量以及復(fù)雜的控制系統(tǒng)，導(dǎo)致其對服役時間長、工作環(huán)境惡劣的土木工程結(jié)構(gòu)適用性差，這已成為半主動控制在土木工程領(lǐng)域應(yīng)用的“瓶頸”。

2、在半主動控制算法中，bang-bang控制是一種通過實時切換阻尼力大小以優(yōu)化振動控制性能的高效方法。其核心思想是根據(jù)結(jié)構(gòu)的運動狀態(tài)（位移和速度的方向關(guān)系），動態(tài)調(diào)節(jié)阻尼系數(shù)c的值，以實現(xiàn)對振動能量的高效耗散。通過這一控制策略，系統(tǒng)能夠在振動周期內(nèi)通過切換阻尼力在最大與最小值之間動態(tài)調(diào)節(jié)，從而高效控制結(jié)構(gòu)的振動。目前常用的電渦流阻尼裝置包括板式和旋轉(zhuǎn)式兩類。傳統(tǒng)板式電渦流結(jié)構(gòu)依賴滑動產(chǎn)生相對運動，結(jié)構(gòu)龐大、行程要求高，難以在有限空間內(nèi)輸出足夠阻尼力。而旋轉(zhuǎn)式電渦流裝置可通過齒輪-齒條等機構(gòu)將線性運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，在緊湊空間內(nèi)實現(xiàn)較大的阻尼輸出，具有結(jié)構(gòu)緊湊、響應(yīng)快、便于集成等優(yōu)勢，尤其適用于空間受限或維護(hù)困難的工程環(huán)境。

3、例如公開號為cn115016562a的中國發(fā)明專利公開了一種用于實現(xiàn)bang-bang半主動控制的裝置和bang-bang半主動控制方法，該裝置只提出了bang-bang半主動切換的裝置，并沒有公開如何切換阻尼力的具體形式。并且現(xiàn)有的bang-bang半主動控制系統(tǒng)通常依賴于外部能源和復(fù)雜的控制系統(tǒng)，導(dǎo)致其在長期服役且工作環(huán)境惡劣、逼仄的土木工程結(jié)構(gòu)中的適用性較差，特別是在低維護(hù)要求和高穩(wěn)定性需求的應(yīng)用場合?，F(xiàn)有技術(shù)中的bang-bang控制雖然能夠?qū)崿F(xiàn)振動控制，但其在阻尼力切換的精度和響應(yīng)速度上存在一定局限，且需要依賴外部能源進(jìn)行控制。因此，現(xiàn)有技術(shù)無法在無需外部能源和復(fù)雜控制系統(tǒng)的情況下提供穩(wěn)定且高效的振動控制，尤其是在結(jié)構(gòu)長期服役和極端環(huán)境下。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服用于結(jié)構(gòu)振動控制的半主動控制系統(tǒng)對外部能源依賴性強，控制系統(tǒng)復(fù)雜，在惡劣環(huán)境下減振效果穩(wěn)定性差的缺點，提供一種無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置。

2、在第一方面，本發(fā)明提供一種無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置，包括：

3、支架，所述支架安裝磁性體；

4、軸體，所述軸體圍繞平衡位置做往復(fù)運動；

5、渦流發(fā)生組件和齒輪傳動組件，所述軸體通過所述齒輪傳動組件與所述渦流發(fā)生組件連接，所述軸體遠(yuǎn)離平衡位置時，所述渦流發(fā)生組件與所述磁性體相對運動并產(chǎn)生渦流效應(yīng)，從而為所述軸體提供非線性阻尼力；所述軸體靠近平衡位置時，所述渦流發(fā)生組件與所述磁性體相對靜止。

6、相比于傳統(tǒng)的半主動控制系統(tǒng)通常依賴外部電源驅(qū)動控制單元，一旦能源供應(yīng)中斷或不穩(wěn)定，系統(tǒng)的減振性能就會受到影響。本發(fā)明提供的無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置，利用電渦流效應(yīng)，通過軸體的往復(fù)運動本身產(chǎn)生的機械能來生成阻尼力，無需外部能源輸入，確保在無能源輸入情況下能維持穩(wěn)定的減振效果。

7、本發(fā)明提供的無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置，通過齒輪傳動組件和渦流發(fā)生組件的配合，實現(xiàn)了阻尼力的自適應(yīng)調(diào)節(jié)：當(dāng)軸體遠(yuǎn)離平衡位置時，齒輪傳動組件帶動渦流發(fā)生組件與磁性體產(chǎn)生相對運動，觸發(fā)渦流效應(yīng)，生成較大的阻尼力，有效抑制振動并耗散能量；當(dāng)軸體靠近平衡位置時，渦流發(fā)生組件與磁性體相對靜止，渦流效應(yīng)消失，阻尼力減小，避免對結(jié)構(gòu)正常運動的干擾。這種根據(jù)軸體位置自動調(diào)節(jié)阻尼力的機制，使得裝置能夠?qū)崟r響應(yīng)結(jié)構(gòu)的振動狀態(tài)，在不需要復(fù)雜控制的前提下，實現(xiàn)高效且長期穩(wěn)定的振動控制，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法滿足長壽命、低維護(hù)需求的振動控制問題。

8、本發(fā)明提供的無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置，通過結(jié)合電渦流阻尼技術(shù)與無源自適應(yīng)控制原理，能夠在無需外部能源的情況下，根據(jù)結(jié)構(gòu)振動的實際情況自動調(diào)整阻尼特性，從而實現(xiàn)高效的振動控制。電渦流阻尼技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其無接觸、無磨損的特性，使得該系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下也能保持長期穩(wěn)定的減振效果。此外，電渦流阻尼器響應(yīng)迅速，能夠有效地在高頻率下進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少能量損耗，并延長設(shè)備的使用壽命。因此，該無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置能夠在土木工程結(jié)構(gòu)中提供一種可靠且低維護(hù)成本的解決方案，克服了現(xiàn)有半主動控制技術(shù)的瓶頸。

9、優(yōu)選地，所述支架包括：

10、底座，所述底座固定安裝第一安裝板和第二安裝板，所述第一安裝板和所述第二安裝板相對設(shè)置；

11、所述磁性體包括第一永磁體和第二永磁體，所述第一安裝板固定安裝若干第一永磁體，所述第二安裝板固定安裝若干第二永磁體。

12、第一安裝板和第二安裝板為磁性體安裝提供了基礎(chǔ)，磁性體固定在支架上形成穩(wěn)定的磁場，當(dāng)渦流發(fā)生組件運動時，它始終處于一個磁場強度較為恒定的區(qū)域內(nèi)，這種穩(wěn)定的磁場分布有助于觸發(fā)穩(wěn)定的渦流效應(yīng)，從而生成穩(wěn)定的阻尼力，提升減振裝置的性能。

13、優(yōu)選地，所述第一安裝板和所述第二安裝板均開設(shè)若干磁體安裝孔，所述磁性體通過所述磁體安裝孔與所述支架固定連接。

14、在第一安裝板和第二安裝板上開設(shè)磁體安裝孔，可以確保永磁體被精確地固定在預(yù)設(shè)位置。這種設(shè)計能夠保證永磁體在安裝板上的位置準(zhǔn)確無誤，從而使磁場分布保持均勻性和一致性。

15、磁體安裝孔可以按照放射狀分布，為永磁體的數(shù)量和排列方式提供了靈活調(diào)整的空間。根據(jù)實際需求，可以通過增加或減少永磁體的數(shù)量來改變磁場強度，或者通過調(diào)整永磁體的位置和磁極方向來優(yōu)化磁場分布。這種靈活性使裝置能夠適應(yīng)不同的振動控制場景，從而提升其通用性和適用性。

16、優(yōu)選地，所述渦流發(fā)生組件包括：

17、第一導(dǎo)體板和與所述第一導(dǎo)體板連接的第一背鐵，所述第一背鐵安裝于所述第一導(dǎo)體板遠(yuǎn)離所述磁性體的一側(cè)；

18、第二導(dǎo)體板和與所述第二導(dǎo)體板連接的第二背鐵，所述第二背鐵安裝于所述第二導(dǎo)體板遠(yuǎn)離所述磁性體的一側(cè)。

19、采用這種設(shè)置方式，第一導(dǎo)體板和第二導(dǎo)體板作為渦流發(fā)生的核心部件，導(dǎo)體板在磁場中運動時，會切割磁感線，產(chǎn)生渦流，從而生成阻尼力用于減振；第一背鐵和第二背鐵分別安裝在對應(yīng)導(dǎo)體板遠(yuǎn)離磁性體的一側(cè)，能夠引導(dǎo)和集中磁場，減少磁通量的泄漏，使磁場更加聚焦于導(dǎo)體板上，增強了導(dǎo)體板與磁場之間的相互作用，從而顯著提高了渦流的生成效率，進(jìn)而提升阻尼力的大小和穩(wěn)定性。

20、優(yōu)選地，所述渦流發(fā)生組件為兩個，兩個所述渦流發(fā)生組件相對設(shè)置，所述齒輪傳動組件包括：

21、第一齒條和第二齒條，所述第一齒條固定安裝于所述軸體一側(cè)，所述第二齒條固定安裝于所述軸體的另外一側(cè)，所述第一齒條通過第一單向傳動裝置與其一所述渦流發(fā)生組件連接，所述第二齒條通過第二單向傳動裝置與其二所述渦流發(fā)生組件連接，所述第一單向傳動裝置和所述第二單向傳動裝置的傳動方向相反。

22、第一單向傳動裝置和第二單向傳動裝置的傳動方向相反（例如第一單向傳動裝置和第二單向傳動裝置均設(shè)置為棘輪，當(dāng)棘輪在“有效方向”旋轉(zhuǎn)時，棘爪與棘輪齒嚙合，傳遞運動或力；當(dāng)棘輪在“無效方向”旋轉(zhuǎn)時，棘爪滑過棘輪齒，不傳遞運動。第一單向傳動裝置和第二單向傳動裝置的有效傳動方向相反）。這意味著當(dāng)軸體向一個方向運動時，第一單向傳動裝置會將運動傳遞給與其連接的渦流發(fā)生組件，產(chǎn)生阻尼力，而第二單向傳動裝置則不會傳動；當(dāng)軸體向相反方向運動時，第二單向傳動裝置激活其對應(yīng)的渦流發(fā)生組件，而第一單向傳動裝置不傳動。這種設(shè)計使裝置能夠根據(jù)軸體的運動方向自動選擇激活相應(yīng)的渦流發(fā)生組件，從而實現(xiàn)阻尼力的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。例如，在振動過程中，軸體來回運動時，阻尼力會根據(jù)運動方向自動切換，確保在每個方向上都有適當(dāng)?shù)淖枘崃硪种普駝?，提升減振效果。通過使用兩個渦流發(fā)生組件，每個負(fù)責(zé)一個運動方向，裝置能夠在軸體的正向和反向運動中分別提供獨立的阻尼力，確保在兩個方向上都能產(chǎn)生阻尼效果。

23、優(yōu)選地，以所述軸體的平衡位置為分界線，所述第一齒條和所述第二齒條對稱分布于所述分界線兩側(cè)。

24、軸體圍繞平衡位置做往復(fù)運動，齒條的對稱分布與第一單向傳動裝置和第二單向傳動裝置的相反傳動方向相配合，確保在軸體正向和反向運動時，分別通過第一齒條和第二齒條驅(qū)動對應(yīng)的渦流發(fā)生組件。這種設(shè)計實現(xiàn)了阻尼力的均勻分配和高效生成。

25、優(yōu)選地，所述齒輪傳動組件還包括：

26、第一主動輪和第一從動輪，所述第一主動輪與所述第一單向傳動裝置連接，所述第一單向傳動裝置帶動所述第一主動輪單向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動所述第一從動輪轉(zhuǎn)動，所述第一從動輪通過第一傳動軸帶動其一所述渦流發(fā)生組件旋轉(zhuǎn)；

27、第二主動輪和第二從動輪，所述第二主動輪與所述第二單向傳動裝置連接，所述第二單向傳動裝置帶動所述第二主動輪單向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動所述第二從動輪轉(zhuǎn)動，所述第二從動輪通過第二傳動軸帶動其二所述渦流發(fā)生組件旋轉(zhuǎn)。

28、第一主動輪通過第一單向傳動裝置接收軸體通過第一齒條傳遞的運動，并帶動第一從動輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而通過第一傳動軸驅(qū)動第一個渦流發(fā)生組件。同理，第二主動輪、第二從動輪和第二傳動軸以類似方式驅(qū)動第二個渦流發(fā)生組件運動。第一單向傳動裝置帶動第一主動輪僅在一個方向上旋轉(zhuǎn)，而第二單向傳動裝置帶動第二主動輪在相反方向上旋轉(zhuǎn)。這種設(shè)計與軸體的雙向往復(fù)運動相匹配，確保在軸體正向運動時只激活第一個渦流發(fā)生組件，在反向運動時只激活第二個渦流發(fā)生組件，從而實現(xiàn)阻尼力的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。

29、優(yōu)選地，還包括若干連接桿，所述連接桿連接所述第一安裝板和所述第二安裝板。

30、連接桿將第一安裝板和第二安裝板牢固連接，形成一個穩(wěn)定的框架結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計有效固定了兩塊安裝板之間的相對位置，防止在裝置運行過程中因振動或外力導(dǎo)致的位移或變形，確保了磁性體（第一永磁體和第二永磁體）的精確對位，從而維持穩(wěn)定的磁場分布和渦流效應(yīng)的可靠性。

31、優(yōu)選地，還包括導(dǎo)軌和導(dǎo)軌座，所述導(dǎo)軌與所述軸體固定連接，所述導(dǎo)軌座與所述支架固定連接，所述導(dǎo)軌沿所述導(dǎo)軌座做直線往復(fù)運動。

32、導(dǎo)軌與導(dǎo)軌座配合形成了一個精確的導(dǎo)向系統(tǒng)，確保軸體的往復(fù)運動嚴(yán)格沿直線路徑進(jìn)行，有效防止了軸體在運動過程中發(fā)生偏移、傾斜或側(cè)向擺動，從而保證了運動軌跡的精確性。軸體的穩(wěn)定直線運動確保了第一齒條和第二齒條能夠以一致的方式驅(qū)動齒輪傳動組件，進(jìn)而精確地激活渦流發(fā)生組件，使渦流效應(yīng)和阻尼力的生成更加穩(wěn)定和可控，提升了裝置的減振性能。

33、優(yōu)選地，所述支架包括：

34、底座，所述底座固定安裝第一安裝板和第二安裝板，所述第一安裝板和所述第二安裝板相對設(shè)置；

35、所述磁性體包括第一永磁體和第二永磁體，所述第一安裝板的外側(cè)壁固定安裝若干第一永磁體，所述第二安裝板的外側(cè)壁固定安裝若干第二永磁體；

36、所述渦流發(fā)生組件包括：

37、第一導(dǎo)體板和與所述第一導(dǎo)體板連接的第一背鐵，所述第一背鐵安裝于所述第一導(dǎo)體板遠(yuǎn)離所述第一永磁體的一側(cè)；

38、第二導(dǎo)體板和與所述第二導(dǎo)體板連接的第二背鐵，所述第二背鐵安裝于所述第二導(dǎo)體板遠(yuǎn)離所述第二永磁體的一側(cè)；

39、所述齒輪傳動組件包括：第一齒條、第二齒條、第一主動輪、第一從動輪、第二主動輪、第二從動輪；

40、所述第一齒條固定安裝于所述軸體一側(cè)，所述第二齒條固定安裝于所述軸體的另外一側(cè)，所述第一齒條通過第一單向傳動裝置與所述第一主動輪連接，所述第一單向傳動裝置帶動所述第一主動輪單向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動所述第一從動輪轉(zhuǎn)動，所述第一從動輪通過第一傳動軸帶動所述第一導(dǎo)體板、所述第一背鐵同軸轉(zhuǎn)動；

41、所述第二齒條通過第二單向傳動裝置與所述第二主動輪連接，所述第二單向傳動裝置帶動所述第二主動輪單向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動所述第二從動輪轉(zhuǎn)動，所述第二從動輪通過第二傳動軸帶動所述第二導(dǎo)體板、所述第二背鐵同軸轉(zhuǎn)動；

42、所述第一單向傳動裝置和所述第二單向傳動裝置的傳動方向相反；

43、以所述軸體的平衡位置為分界線，所述第一齒條和所述第二齒條對稱分布于所述分界線兩側(cè)。

44、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

45、1.本發(fā)明提供一種無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置，利用電渦流效應(yīng)，通過軸體的往復(fù)運動本身產(chǎn)生的機械能來生成阻尼力，無需外部能源輸入，確保在無能源輸入情況下能維持穩(wěn)定的減振效果；

46、2.本發(fā)明提供一種無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置，通過齒輪傳動組件和渦流發(fā)生組件的配合，實現(xiàn)了阻尼力的自適應(yīng)調(diào)節(jié)：當(dāng)軸體遠(yuǎn)離平衡位置時，齒輪傳動組件帶動渦流發(fā)生組件與磁性體產(chǎn)生相對運動，觸發(fā)渦流效應(yīng)，生成較大的阻尼力，有效抑制振動并耗散能量；當(dāng)軸體靠近平衡位置時，渦流發(fā)生組件與磁性體相對靜止，渦流效應(yīng)消失，阻尼力減小，避免對結(jié)構(gòu)正常運動的干擾。這種根據(jù)軸體位置自動調(diào)節(jié)阻尼力的機制，使得裝置能夠?qū)崟r響應(yīng)結(jié)構(gòu)的振動狀態(tài)，在不需要復(fù)雜控制的前提下，實現(xiàn)高效且長期穩(wěn)定的振動控制，解決了現(xiàn)有技術(shù)無法滿足長壽命、低維護(hù)需求的振動控制問題；

47、3.本發(fā)明提供一種無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置，通過結(jié)合電渦流阻尼技術(shù)與無源自適應(yīng)控制原理，能夠在無需外部能源的情況下，根據(jù)結(jié)構(gòu)振動的實際情況自動調(diào)整阻尼特性，從而實現(xiàn)高效的振動控制。電渦流阻尼技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其無接觸、無磨損的特性，使得該系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下也能保持長期穩(wěn)定的減振效果。此外，電渦流阻尼器響應(yīng)迅速，能夠有效地在高頻率下進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少能量損耗，并延長設(shè)備的使用壽命。因此，該無源自適應(yīng)電渦流非線性阻尼減振裝置能夠在土木工程結(jié)構(gòu)中提供一種可靠且低維護(hù)成本的解決方案，克服了現(xiàn)有半主動控制技術(shù)的瓶頸。