上世紀(jì)80年代開(kāi)始在美國(guó)東西兩個(gè)地震研究中心等單位作了大量試驗(yàn)研究, 發(fā)表了幾十篇有關(guān)論文

90年代,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)和土木工程學(xué)會(huì)等單位組織了兩次大型聯(lián)合,由第三者作出的對(duì)比試驗(yàn),給出了權(quán)威性的試驗(yàn)報(bào)告,供教授和工程師們參考

在肯定以上成果的基礎(chǔ)上被幾乎各有關(guān)機(jī)構(gòu),規(guī)范審查,肯定并規(guī)定了應(yīng)用辦法

管理部門(mén)通過(guò),帶來(lái)了上百個(gè)結(jié)構(gòu)工程實(shí)際應(yīng)用。 這些結(jié)構(gòu)工程,成功地經(jīng)歷了地震、大風(fēng)等災(zāi)害考驗(yàn),十分成功。

目前各種應(yīng)用中有：彈簧阻尼器,液壓阻尼器,脈沖阻尼器,旋轉(zhuǎn)阻尼器,風(fēng)阻尼器,粘滯阻尼器等。

可控被動(dòng)式

引言

高速旋轉(zhuǎn)機(jī)器的振動(dòng)問(wèn)題是一個(gè)比較突出且難以解決的問(wèn)題。這類(lèi)機(jī)器的轉(zhuǎn)速高,都在超過(guò)臨界乃至幾階臨界轉(zhuǎn)速以上運(yùn)行。因此為了保證其安全運(yùn)行,除了保證仔細(xì)的設(shè)計(jì)和精確的制造安裝外,通常還使用阻尼器以減小振動(dòng)。擠壓油膜阻尼器和電磁阻尼器就是兩種常用的阻尼器。本文設(shè)計(jì)了一種新的可控型被動(dòng)式電磁阻尼器。

可控型被動(dòng)式電磁阻尼器的結(jié)構(gòu)和工作原理

圖1為可控被動(dòng)式電磁阻尼器的示意圖。它沒(méi)有位移傳感器。其結(jié)構(gòu)與擠壓油膜阻尼器類(lèi)似：旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子(1)通過(guò)滾動(dòng)軸承(2)或滑動(dòng)軸承支承在鐵芯(3)上。該鐵芯再通過(guò)彈簧(4)支承在機(jī)座(5)上。彈簧的支承剛度可按使用要求設(shè)計(jì),為支承系統(tǒng)的主剛度。在機(jī)座上環(huán)繞鐵芯同心放置有四只電磁鐵(6)。各磁鐵線圈上都作用相同大小的直流勵(lì)磁電壓。

圖2示出可控被動(dòng)電磁阻尼器所產(chǎn)生的附加剛度和阻尼隨頻率變化的情況。可以看出在整個(gè)頻率范圍內(nèi)附加剛度的值是負(fù)的,且隨著頻率的升高負(fù)的剛度值降低。在高頻區(qū)剛度值幾乎為零。這種阻尼特性剛好符合旋轉(zhuǎn)機(jī)械所要求的低頻大阻尼高頻小阻尼的特性。在可控被動(dòng)電磁阻尼器的尺寸確定后,剛度和阻尼值就僅取決于靜態(tài)勵(lì)磁電流或勵(lì)磁電壓。改變勵(lì)磁電壓值就能改變剛度和阻尼,因而這種阻尼器是可控的。

實(shí)驗(yàn)裝置

圖3a為實(shí)驗(yàn)裝置：一根細(xì)長(zhǎng)軸,一端支承在普通的剛性滾珠軸承上,另一端支承在圖1所示的電磁阻尼器支承上。轉(zhuǎn)子由直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)。軸的振動(dòng)和轉(zhuǎn)速分別由渦流傳感器和光電傳感器檢測(cè)。振動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)速信號(hào)由計(jì)算機(jī)通過(guò)AD板采集。圖3b為提供主支承剛度的平板徑向彈簧。該彈簧以彈性鋁為材料,線切割加工。其剛度值由有限元計(jì)算和優(yōu)化。在一只電磁阻尼器支承上有兩只并排放置的彈簧,以保證對(duì)稱(chēng)性,利于系統(tǒng)建模。理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試均表明該轉(zhuǎn)子的第一階臨界轉(zhuǎn)速約為3900revs/min。

實(shí) 驗(yàn)

在不同勵(lì)磁電壓下測(cè)試轉(zhuǎn)子的振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的變化。圖4給出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。圖中的四條曲線代表勵(lì)磁電壓分別為0伏、9伏、12伏和15伏的情況。可以看出隨著勵(lì)磁電壓的增大,電磁阻尼器提供的阻尼也增大。這使得轉(zhuǎn)子的振幅得到抑制,從0.185mm降到0.56mm,減振效果是很明顯的。從圖中還可以看出,由于負(fù)的電磁剛度的存在,轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速有所降低。這和圖2中的結(jié)果很一致,在65HZ臨界轉(zhuǎn)速附近,電磁附加負(fù)剛度很小因而它對(duì)臨界轉(zhuǎn)速的影響很小。當(dāng)勵(lì)磁電壓為15伏時(shí),轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速僅下降到3780revs/min。

結(jié) 論

被動(dòng)式電磁阻尼器用于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)取得了較好的減振效果。這種阻尼器的阻尼產(chǎn)生機(jī)理是被動(dòng)的而阻尼的大小則是隨勵(lì)磁電壓的大小可控的。與擠壓油膜阻尼器相比,被動(dòng)式電磁阻尼器具有電磁軸承相對(duì)于普通軸承的大部分優(yōu)點(diǎn)；與主動(dòng)式電磁阻尼器相比,被動(dòng)式電磁阻尼器的總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、可靠性更高。因而這是一種很有發(fā)展前途的行之有效的高速轉(zhuǎn)子的減振阻尼裝置。

本文介紹了被動(dòng)式電磁阻尼器在線性范圍內(nèi)的原理和僅進(jìn)行了被動(dòng)式電磁阻尼器的初步的減振實(shí)驗(yàn),更多的非線性特性的研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)將在今后陸續(xù)報(bào)道。

聲學(xué)阻尼器

阻尼器是插入在聲管內(nèi)的聲學(xué)布屏。這些阻尼元件用于受話器輸出端與耳道之間,其作用是平滑頻率響應(yīng)。

液壓阻尼器

1、頭部關(guān)節(jié)軸承
2、活塞桿
3、液壓缸
4、貯油缸
5、阻尼控制閥
6、行程指示刻度
7、尾部關(guān)節(jié)軸承

適用范圍：

液壓阻尼器是一種對(duì)速度反應(yīng)靈敏的振動(dòng)控制裝置；

液壓阻尼器主要適用于核電廠、火電廠、化工廠、鋼鐵廠等的管道及設(shè)備的抗振動(dòng)。常用于控制沖擊性的流體振動(dòng)（如主汽門(mén)快速關(guān)閉、安全閥排放、水錘、破管等沖擊激擾）和地震激擾的管系振動(dòng)；

液阻尼器對(duì)低幅高頻或高幅低頻的振動(dòng)不能有效地控制,該場(chǎng)合宜采用彈簧減振器。

在重力式貨架倉(cāng)儲(chǔ)中,由于貨物受到重力影響,在傾斜的倉(cāng)儲(chǔ)滑道中做加速運(yùn)動(dòng),如果任期自由運(yùn)動(dòng)

,貨物撞擊貨架,可能會(huì)引起貨物損壞,操作人員安全隱患以及貨架整體結(jié)構(gòu)的損毀。而阻尼器在其中起了非常重要的作用。重力式貨架中的阻尼器,又稱(chēng)減速器,主要用于消除重力式貨架中貨物產(chǎn)生的重力加速度,從而使得貨物能夠平穩(wěn),緩慢的沿軌道下滑,消除安全隱患。保證貨物及操作人員的安全性。其中阻尼可分為外置式和內(nèi)置式。

工程結(jié)構(gòu)減震

二十世紀(jì),特別是近二、三十年人們對(duì)建筑物的抗振動(dòng)的能力的提高已經(jīng)做了巨大的努力,取得了顯著的成果。這一成果中最引以為自豪的是“結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)”。人們跳出了傳統(tǒng)增強(qiáng)梁、柱、墻提高抗振動(dòng)的能力的觀念,結(jié)合結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能,巧妙的避免或減少了地震,風(fēng)力的破壞。基礎(chǔ)隔震（Base Isolation）,各種利用阻尼器(Damper) 吸能,耗能系統(tǒng), 高層建筑屋頂上的質(zhì)量共振阻尼系統(tǒng)（TMD）和主動(dòng)控制( Active Control)減震體系都是已經(jīng)走向了工程實(shí)際。有的已經(jīng)成為減少振動(dòng)不可少的保護(hù)措施。特別是對(duì)于難于預(yù)料的地震,破壞機(jī)理還不十分清楚的多維振動(dòng),這些結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng)就顯得更加重要。

這些結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)中爭(zhēng)議最少,有益無(wú)害的系統(tǒng)要屬利用阻尼器來(lái)吸收這難予預(yù)料的地震能量。利用阻尼來(lái)吸能減震不是什么新技術(shù),在航天航空,軍工,槍炮,汽車(chē)等行業(yè)中早已應(yīng)用各種各樣的阻尼器來(lái)減振消能。從二十世紀(jì)七十年代后,人們開(kāi)始逐步地把這些技術(shù)轉(zhuǎn)用到建筑、橋梁、鐵路等工程中,其發(fā)展十分迅速。到二十世紀(jì)末,全世界已有近100多個(gè)結(jié)構(gòu)工程運(yùn)用了阻尼器來(lái)吸能減震。到2003年,僅Taylor公司就在全世界安裝了110個(gè)建筑,橋梁或其它結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物。

泰勒Taylor公司從1955年起經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期大量航天、軍事工業(yè)的考驗(yàn),第一個(gè)實(shí)驗(yàn)將這一技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)工程上,在美國(guó)地震研究中心作了大量振動(dòng)臺(tái)模型實(shí)驗(yàn),計(jì)算機(jī)分析,發(fā)表了幾十篇有關(guān)論文。結(jié)構(gòu)用阻尼器的關(guān)鍵是持久耐用,時(shí)間和溫度變化下穩(wěn)定,泰勒公司的阻尼器經(jīng)過(guò)了長(zhǎng)期考驗(yàn)和各種對(duì)比分析,其他公司的產(chǎn)品很難望其向背。美國(guó)相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范的制定都是基于泰勒公司阻尼器的產(chǎn)品。其產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn),構(gòu)造合理可靠,技術(shù)的透明度高,而且可以按設(shè)計(jì)者的要求制造適合各種用途的阻尼器。每個(gè)產(chǎn)品出廠前都經(jīng)過(guò)最嚴(yán)格的測(cè)試,給出滯回曲線。泰勒Taylor公司從世界上130多個(gè)工程,32座橋梁的實(shí)際應(yīng)用中,積累了大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

調(diào)質(zhì)阻尼器

為了因應(yīng)高空強(qiáng)風(fēng)及臺(tái)風(fēng)吹拂造成的搖晃．大樓內(nèi)設(shè)置了“調(diào)諧質(zhì)塊阻尼器”（tuned mass damper,又稱(chēng)“調(diào)質(zhì)阻尼器”）,是在88至92樓掛置一個(gè)重達(dá)660公噸的巨大鋼球,利用擺動(dòng)來(lái)減緩建筑物的晃動(dòng)幅度。據(jù)臺(tái)北101告示牌所言,這也是全世界唯一開(kāi)放游客觀賞的巨型阻尼器,更是目前全球最大之阻尼器。

臺(tái)北101采用新式的“巨型結(jié)構(gòu)”（megastructure）,在大樓的四個(gè)外側(cè)分別各有兩支巨柱,共八支巨柱,每支截面長(zhǎng)3公尺、寬2.4公尺,自地下5樓貫通至地上90樓,柱內(nèi)灌入高密度混凝土,外以鋼板包覆。 臺(tái)灣位于地震帶上,在臺(tái)北盆地的范圍內(nèi),又有三條小斷層,為了興建臺(tái)北101,這個(gè)建筑

臺(tái)北101在臺(tái)北平原的位置

的設(shè)計(jì)必定要能防止強(qiáng)震的破壞。且臺(tái)灣每年夏天都會(huì)受到太平洋上形成的臺(tái)風(fēng)影響,防震和防風(fēng)是臺(tái)北101兩大建筑所需克服的問(wèn)題。為了評(píng)估地震對(duì)臺(tái)北101所產(chǎn)生的影響,地質(zhì)學(xué)家陳斗生開(kāi)始探查工地預(yù)定地附近的地質(zhì)結(jié)構(gòu),探鉆4號(hào)發(fā)現(xiàn)距臺(tái)北101 200米左右有一處10米厚的斷層。依據(jù)這些資料,臺(tái)灣省地震工程研究中心建立了大小不同的模型,來(lái)仿真地震發(fā)生時(shí),大樓可能發(fā)生的情形。為了增加大樓的彈性來(lái)避免強(qiáng)震所帶來(lái)的破壞,臺(tái)北101的中心是由一個(gè)外圍8根鋼筋的巨柱所組成。

但是良好的彈性,卻也讓大樓面臨微風(fēng)沖擊,即有搖晃的問(wèn)題。抵銷(xiāo)風(fēng)力所產(chǎn)生的搖晃主要設(shè)計(jì)是阻尼器,而大樓外形的鋸齒狀,經(jīng)由風(fēng)洞測(cè)試,能減少30-40%風(fēng)所產(chǎn)生的搖晃。