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上世紀80年代開始在美國東西兩個地震研究中心等單位作了大量試驗研究, 發(fā)表了幾十篇有關論文

90年代,美國國家科學基金會和土木工程學會等單位組織了兩次大型聯(lián)合,由第三者作出的對比試驗,給出了權(quán)威性的試驗報告,供教授和工程師們參考

在肯定以上成果的基礎上被幾乎各有關機構(gòu),規(guī)范審查,肯定并規(guī)定了應用辦法

管理部門通過,帶來了上百個結(jié)構(gòu)工程實際應用。 這些結(jié)構(gòu)工程,成功地經(jīng)歷了地震、大風等災害考驗,十分成功。

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

可控被動式

引言

高速旋轉(zhuǎn)機器的振動問題是一個比較突出且難以解決的問題。這類機器的轉(zhuǎn)速高,都在超過臨界乃至幾階臨界轉(zhuǎn)速以上運行。因此為了保證其安全運行,除了保證仔細的設計和精確的制造安裝外,通常還使用阻尼器以減小振動。擠壓油膜阻尼器和電磁阻尼器就是兩種常用的阻尼器。本文設計了一種新的可控型被動式電磁阻尼器。

可控型被動式電磁阻尼器的結(jié)構(gòu)和工作原理

圖1為可控被動式電磁阻尼器的示意圖。它沒有位移傳感器。其結(jié)構(gòu)與擠壓油膜阻尼器類似：旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)子(1)通過滾動軸承(2)或滑動軸承支承在鐵芯(3)上。該鐵芯再通過彈簧(4)支承在機座(5)上。彈簧的支承剛度可按使用要求設計,為支承系統(tǒng)的主剛度。在機座上環(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磁電壓。

圖2示出可控被動電磁阻尼器所產(chǎn)生的附加剛度和阻尼隨頻率變化的情況�？梢钥闯鲈谡麄�頻率范圍內(nèi)附加剛度的值是負的,且隨著頻率的升高負的剛度值降低。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)機械所要求的低頻大阻尼高頻小阻尼的特性。在可控被動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)勵磁電流或勵磁電壓。改變勵磁電壓值就能改變剛度和阻尼,因而這種阻尼器是可控的。

實驗裝置

圖3a為實驗裝置：一根細長軸,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)子由直流電機驅(qū)動。軸的振動和轉(zhuǎn)速分別由渦流傳感器和光電傳感器檢測。振動信號和轉(zhuǎn)速信號由計算機通過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,以保證對稱性,利于系統(tǒng)建模。理論計算和實驗測試均表明該轉(zhuǎn)子的第一階臨界轉(zhuǎn)速約為3900revs/min。

實 驗

在不同勵磁電壓下測試轉(zhuǎn)子的振動隨轉(zhuǎn)速的變化。圖4給出了實驗數(shù)據(jù)。圖中的四條曲線代表勵磁電壓分別為0伏、9伏、12伏和15伏的情況�？梢钥闯鲭S著勵磁電壓的增大,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,電磁附加負剛度很小因而它對臨界轉(zhuǎn)速的影響很小。當勵磁電壓為15伏時,轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速僅下降到3780revs/min。

結(jié) 論

被動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)生機理是被動的而阻尼的大小則是隨勵磁電壓的大小可控的。與擠壓油膜阻尼器相比,被動式電磁阻尼器具有電磁軸承相對于普通軸承的大部分優(yōu)點；與主動式電磁阻尼器相比,被動式電磁阻尼器的總體結(jié)構(gòu)簡單、造價低、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。

本文介紹了被動式電磁阻尼器在線性范圍內(nèi)的原理和僅進行了被動式電磁阻尼器的初步的減振實驗,更多的非線性特性的研究和優(yōu)化設計將在今后陸續(xù)報道。

聲學阻尼器

阻尼器是插入在聲管內(nèi)的聲學布屏。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。

液壓阻尼器

1、頭部關節(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、尾部關節(jié)軸承

適用范圍：

液壓阻尼器是一種對速度反應靈敏的振動控制裝置；

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備的抗振動。常用于控制沖擊性的流體振動（如主汽門快速關閉、安全閥排放、水錘、破管等沖擊激擾）和地震激擾的管系振動；

液阻尼器對低幅高頻或高幅低頻的振動不能有效地控制,該場合宜采用彈簧減振器。

在重力式貨架倉儲中,由于貨物受到重力影響,在傾斜的倉儲滑道中做加速運動,如果任期自由運動

,貨物撞擊貨架,可能會引起貨物損壞,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,特別是近二、三十年人們對建筑物的抗振動的能力的提高已經(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)的保護系統(tǒng)”。人們跳出了傳統(tǒng)增強梁、柱、墻提高抗振動的能力的觀念,結(jié)合結(jié)構(gòu)的動力性能,巧妙的避免或減少了地震,風力的破壞�；�礎隔震（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）和主動控制( Active Control)減震體系都是已經(jīng)走向了工程實際。有的已經(jīng)成為減少振動不可少的保護措施。特別是對于難于預料的地震,破壞機理還不十分清楚的多維振動,這些結(jié)構(gòu)的保護系統(tǒng)就顯得更加重要。

這些結(jié)構(gòu)保護系統(tǒng)中爭議最少,有益無害的系統(tǒng)要屬利用阻尼器來吸收這難予預料的地震能量。利用阻尼來吸能減震不是什么新技術,在航天航空,軍工,槍炮,汽車等行業(yè)中早已應用各種各樣的阻尼器來減振消能。從二十世紀七十年代后,人們開始逐步地把這些技術轉(zhuǎn)用到建筑、橋梁、鐵路等工程中,其發(fā)展十分迅速。到二十世紀末,全世界已有近100多個結(jié)構(gòu)工程運用了阻尼器來吸能減震。到2003年,僅Taylor公司就在全世界安裝了110個建筑,橋梁或其它結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物。

泰勒Taylor公司從1955年起經(jīng)過長期大量航天、軍事工業(yè)的考驗,第一個實驗將這一技術應用到結(jié)構(gòu)工程上,在美國地震研究中心作了大量振動臺模型實驗,計算機分析,發(fā)表了幾十篇有關論文。結(jié)構(gòu)用阻尼器的關鍵是持久耐用,時間和溫度變化下穩(wěn)定,泰勒公司的阻尼器經(jīng)過了長期考驗和各種對比分析,其他公司的產(chǎn)品很難望其向背。美國相應設計規(guī)范的制定都是基于泰勒公司阻尼器的產(chǎn)品。其產(chǎn)品技術先進,構(gòu)造合理可靠,技術的透明度高,而且可以按設計者的要求制造適合各種用途的阻尼器。每個產(chǎn)品出廠前都經(jīng)過最嚴格的測試,給出滯回曲線。泰勒Taylor公司從世界上130多個工程,32座橋梁的實際應用中,積累了大量的實際經(jīng)驗。

調(diào)質(zhì)阻尼器

為了因應高空強風及臺風吹拂造成的搖晃．大樓內(nèi)設置了“調(diào)諧質(zhì)塊阻尼器”（tuned mass damper,又稱“調(diào)質(zhì)阻尼器”）,是在88至92樓掛置一個重達660公噸的巨大鋼球,利用擺動來減緩建筑物的晃動幅度。據(jù)臺北101告示牌所言,這也是全世界唯一開放游客觀賞的巨型阻尼器,更是目前全球最大之阻尼器。

臺北101采用新式的“巨型結(jié)構(gòu)”（megastructure）,在大樓的四個外側(cè)分別各有兩支巨柱,共八支巨柱,每支截面長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。 臺灣位于地震帶上,在臺北盆地的范圍內(nèi),又有三條小斷層,為了興建臺北101,這個建筑

臺北101在臺北平原的位置

的設計必定要能防止強震的破壞。且臺灣每年夏天都會受到太平洋上形成的臺風影響,防震和防風是臺北101兩大建筑所需克服的問題。為了評估地震對臺北101所產(chǎn)生的影響,地質(zhì)學家陳斗生開始探查工地預定地附近的地質(zhì)結(jié)構(gòu),探鉆4號發(fā)現(xiàn)距臺北101 200米左右有一處10米厚的斷層。依據(jù)這些資料,臺灣省地震工程研究中心建立了大小不同的模型,來仿真地震發(fā)生時,大樓可能發(fā)生的情形。為了增加大樓的彈性來避免強震所帶來的破壞,臺北101的中心是由一個外圍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沖擊,即有搖晃的問題。抵銷風力所產(chǎn)生的搖晃主要設計是阻尼器,而大樓外形的鋸齒狀,經(jīng)由風洞測試,能減少30-40%風所產(chǎn)生的搖晃。