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    重庆时时彩后四大小: 一种摆式电涡流TMD磁路构造设计方法及装置.pdf

    关 键 词:
    一种 摆式 涡流 TMD 磁路 构造 设计 方法 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201710138957.6

    申请日:

    2017.03.09

    公开号:

    CN106777841A

    公开日:

    2017.05.31

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06F 17/50申请日:20170309|||公开
    IPC分类号: G06F17/50 主分类号: G06F17/50
    申请人: 华北水利水电大学
    发明人: 汪志昊; 田文文; 王浩; 郜辉; 张正亚; 高郁斌; 靖金亮; 马逵; 汪志华; 王丽娟; 钱晓军; 朱倩
    地址: 450000 河南省郑州市金水东路龙子湖高校园区1号
    优先权:
    专利代理机构: 郑州大通专利商标代理有限公司 41111 代理人: 李伟
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201710138957.6

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.23|||2017.05.31

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明属于结构振动控制技术领域,具体涉及一种摆式电涡流TMD磁路构造设计方法及装置,设计方法包括:确定电涡流TMD设计参数;计算电涡流阻尼器等效阻尼系数目标值;确定矩形永磁体型号与尺寸;设计由块永磁体构成的电涡流阻尼器基准单元;计算电涡流阻尼器基准单元的等效粘滞阻尼系数cJ;确定电涡流阻尼器基准单元的数量n=cTMD/cJ,即永磁体总数量为4n。本发明显著提高了电涡流阻尼的耗能效率,降低阻尼材料的使用量和成本费,与现有技术的某大型摆式电涡流TMD在位移较小范围内时,采用8mm厚铜板和1800块永磁体,使其阻尼比达到了4.5%相比,本发明仅使用40块永磁体即可达到7.81%阻尼比,大大降低了永磁体使用数量;运用本发明能够快速精确的设计出耗能效率较好,满足要求的摆式电涡流TMD。

    权利要求书

    1.一种摆式电涡流TMD磁路构造的设计方法,其特征在于:具体包括以下步骤:
    确定电涡流TMD设计参数:质量m、振动频率f与阻尼比ζ;
    计算电涡流阻尼器等效阻尼系数目标值cTMD=2m(2πf)ζ;
    确定矩形永磁体型号与尺寸,永磁体长度与宽度记为b,高度记为h;
    设计由4块永磁体构成的电涡流阻尼器基准单元;
    采用三维电磁场有限元分析方法计算电涡流阻尼器基准单元的等效粘滞阻尼系数cJ;
    确定电涡流阻尼器基准单元的数量n=cTMD/cJ,即永磁体总数量为4n。
    2.根据权利要求1所述的摆式电涡流TMD磁路构造的设计方法,其特征在于:所述计由4
    块永磁体构成的电涡流阻尼器基准单元具体包括:沿TMD运动方向,相邻永磁体磁极交错布
    置,间距0.5b;沿垂直于TMD运动方向,相邻永磁体磁极相同布置,间距0.1b;导体铜板厚度
    不大于0.3h;第一导磁钢板厚度不大于20mm,第二导磁钢板厚度大于第一导磁钢板厚度,且
    不小于h;永磁体组与导体铜板之间的净间距取10mm。
    3.根据权利要求1所述的摆式电涡流TMD磁路构造的设计方法,其特征在于:具体为:通
    过三维电磁场有限元仿真得到的导体铜板受到的洛伦兹力F与导体铜板的速度v,计算出电
    涡流阻尼等效阻尼系数cJ
    <mrow> <msub> <mi>c</mi> <mi>J</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>F</mi> <mi>v</mi> </mfrac> <mo>.</mo> </mrow>
    4.一种基于权利要1的设计方法设计的摆式电涡流TMD装置,包括第一导磁钢板(1)、永
    磁体(2)组、导体铜板(3)、第二导磁钢板(4),所述永磁体(2)组安装在TMD运动质量块底面
    的第一导磁钢板(1)上,所述导体铜板(3)位于永磁体(2)组的下方,且与永磁体(2)组之间
    具有一定的磁场间隙,所述第二导磁钢板(4)安装在所述导体铜板(3)的底面;其特征在于:
    所述永磁体(2)横截面为矩形,永磁体(2)长:宽:高为2:2:1,且磁极方向垂直于质量块底
    面;永磁体(2)组由偶数个永磁体(2)组成,采用阵列方式布置;沿TMD运动方向,相邻永磁体
    (2)磁极交错布置,间距0.5b,其中b表示永磁体(2)宽度,沿垂直于TMD运动方向,相邻磁极
    相同布置,间距0.1b;导体铜板(3)厚度不大于0.3h,其中h表示永磁体(2)高度;第一导磁钢
    板(1)厚度不大于20mm,第二导磁钢板(4)厚度大于第一导磁钢板(1)厚度,且不小于h;所述
    永磁体(2)组与导体铜板(3)之间的净间距不大于10mm。
    5.根据权利要求1所述的摆式电涡流TMD装置,其特征在于:所述永磁体(2)中心开孔,
    采用螺栓固定在第一导磁钢板(1)。

    说明书

    一种摆式电涡流TMD磁路构造设计方法及装置

    技术领域

    本发明属于结构振动控制技术领域,具体涉及一种摆式电涡流TMD磁路构造及设
    计方法。

    背景技术

    超高层建筑在风荷载作用下容易发生大幅度振动导致舒适度问题,为了提高该类
    结构的风振舒适度,许多超高层建筑已采用大型摆式调谐质量阻尼器(TMD)减振。大型摆式
    TMD阻尼元件多采用液体粘滞阻尼器,但该类阻尼器粘性流体随着时间的推移可能会存在
    泄漏、阻尼参数后期调节困难、内部热量不易耗散、长期性能难以保障等不足。电涡流阻尼
    作为替代方案可以解决这一问题。

    根据摆式电涡流TMD阻尼比的计算公式可知,为满足大型工程结构所要
    求阻尼比,摆式电涡流TMD需要产生较大的阻尼力。如上海中心大厦已成功采用大型摆式电
    涡流TMD作为其吸能减振装置,TMD质量块为1000t,设计频率为0.111Hz,计算摆长为20.6m。
    然而,对摆式电涡流TMD最优磁路构造并未有相关报道与明确结论。

    公告号为CN 103132628A的“摆式电涡流调谐质量阻尼器装置”专利公开了一种阻
    尼调节范围大的摆式电涡流TMD,该发明永磁体N极S极在同一工作面上间隔排列,一个S极
    向外的永磁体旁边为一个磁极相反的永磁体,永磁体尺寸和厚度根据磁能量的需求确定,
    铜板和导磁铁板的尺寸和厚度根据磁能量的需求和TMD整体阻尼比确定。但未能明确永磁
    体最优排列方式,以及铜板和铁板最优厚度。

    公告号为CN 203784189U的“悬吊式电涡流调谐质量阻尼器装置”专利公开了一种
    阻尼调节简便的悬吊式电涡流TMD。该发明通过升降支撑杆来调节铜板与永磁体的匹配位
    置,进而调节阻尼系数,通过加减导磁铁板可以调节铁板厚度,但铁板最优厚度未进行说
    明,铜板厚度和永磁体最优排列方式也未进行说明。因此,精确调节到所需阻尼比存在一定
    困难。

    公告号为CN 104372870A的“一种摆式电涡流调谐质量阻尼器减振控制装置”专利
    公开了一种阻尼系数调节方式简单便捷的摆式电涡流TMD。该发明电涡流阻尼系统由永磁
    体、永磁体安装板和导体板构成,通过改变永磁体数量、或改变永磁体安装板厚度、或改变
    导体板厚度对阻尼系数进行调节。但该发明未能明确永磁体排列方式,导体板厚度等参数
    设计也未见说明。

    公告号为CN 105138798A的“一种实现结构减振的摆式电涡流调谐质量阻尼器及
    方法”专利公开一种质量块运动状态稳定、频率调节范围大的摆式电涡流TMD。该发明通过
    改变涡流板与永磁体的间距使得阻尼器的阻尼比实现无级调节,永磁体按照摆动方向上磁
    极交替变化的规则进行设置,但是对永磁体最优排列方式以及如何达到最优均未见说明,
    也未明确涡流板厚度取值。

    综上可以看出,有必要对摆式电涡流TMD所需的电涡流阻尼器组件的最优磁路进
    行研发,使摆式电涡流TMD耗能效率达到最优。

    发明内容

    本发明的目的是针对现有技术存在的摆式电涡流TMD耗能效率低的问题和不足,
    提供一种摆式电涡流TMD磁路构造及设计方法及装置。

    本发明的技术方案是:一种摆式电涡流TMD磁路构造的设计方法,具体包括以下步
    骤:

    确定电涡流TMD设计参数:质量m、振动频率f与阻尼比ζ;

    计算电涡流阻尼器等效阻尼系数目标值cTMD=2m(2πf)ζ;

    确定矩形永磁体型号与尺寸,永磁体长度与宽度记为b,高度记为h;

    设计由4块永磁体构成的电涡流阻尼器基准单元;

    采用三维电磁场有限元分析方法计算电涡流阻尼器基准单元的等效粘滞阻尼系
    数cJ;

    确定电涡流阻尼器基准单元的数量n=cTMD/cJ,即永磁体总数量为4n。

    所述的摆式电涡流TMD磁路构造的设计方法,所述计由4块永磁体构成的电涡流阻
    尼器基准单元具体包括:沿TMD运动方向,相邻永磁体磁极交错布置,间距0.5b;沿垂直于
    TMD运动方向,相邻永磁体磁极相同布置,间距0.1b;导体铜板厚度不大于0.3h;第一导磁钢
    板厚度不大于20mm,第二导磁钢板厚度大于第一导磁钢板厚度,且不小于h;永磁体组与导
    体铜板之间的净间距取10mm。

    所述的摆式电涡流TMD磁路构造的设计方法,具体为:通过三维电磁场有限元仿真
    得到的导体铜板受到的洛伦兹力F与导体铜板的速度v,计算出电涡流阻尼等效阻尼系数cJ


    一种基于权利要1的设计方法设计的摆式电涡流TMD装置,包括第一导磁钢板1、永
    磁体2组、导体铜板3、第二导磁钢板4,所述永磁体2组安装在TMD运动质量块底面的第一导
    磁钢板1上,所述导体铜板3位于永磁体2组的下方,且与永磁体2组之间具有一定的磁场间
    隙,所述第二导磁钢板4安装在所述导体铜板3的底面;所述永磁体2横截面为矩形,永磁体2
    长:宽:高为2:2:1,且磁极方向垂直于质量块底面;永磁体2组由偶数个永磁体2组成,采用
    阵列方式布置;沿TMD运动方向,相邻永磁体2磁极交错布置,间距0.5b,其中b表示永磁体2
    宽度,沿垂直于TMD运动方向,相邻磁极相同布置,间距0.1b;导体铜板3厚度不大于0.3h,其
    中h表示永磁体2高度;第一导磁钢板1厚度不大于20mm,第二导磁钢板4厚度大于第一导磁
    钢板1厚度,且不小于h;所述永磁体2组与导体铜板3之间的净间距不大于10mm。

    所述的摆式电涡流TMD装置,所述永磁体2中心开孔,采用螺栓固定在第一导磁钢
    板1。

    本发明的有益效果是:本发明显著提高了电涡流阻尼的耗能效率,降低阻尼材料
    的使用量和成本费,与现有技术的某大型摆式电涡流TMD(质量1000吨)在位移较小范围内
    时,采用8mm厚铜板和1800块永磁体,使其阻尼比达到了4.5%相比,本发明,仅使用40块永
    磁体即可达到7.81%阻尼比,大大降低了永磁体使用数量;本发明适用于具有不同型号与
    尺寸的永磁体的摆式电涡流TMD磁路设计,具有广泛的适用性以及可操作性。运用本发明能
    够快速精确的设计出耗能效率较好,满足目标阻尼比参数的摆式电涡流TMD,且有助于提升
    工程实践中摆式电涡流TMD的设计与制造水平。

    附图说明

    图1为本发明一种摆式电涡流调谐质量阻尼器的最优磁路构造示意图;

    图2为本发明一种摆式电涡流调谐质量阻尼器的最优磁路永磁体排列方式示意
    图;

    图3为等效阻尼系数随导体铜板厚度的变化曲线;

    图4为本发明一种摆式电涡流调谐质量阻尼器磁路构造的设计方法流程图;

    图5为等效阻尼系数随附加钢板厚度变化曲线;

    图6为等效阻尼系数与两块永磁体间距和排列方式的变化曲线;

    图7为本发明摆式电涡流TMD永磁体4块磁路(a)构造示意图;

    图8为本发明摆式电涡流TMD永磁体4块磁路(b)构造示意图;

    图9为等效阻尼系数随垂直于TMD运动方向永磁体间距的变化曲线;

    图10为本发明摆式电涡流TMD永磁体8块磁路构造示意图;

    图11为本发明摆式电涡流TMD永磁体8块磁路耦合分析曲线;

    图12为本发明摆式电涡流TMD永磁体16块磁路构造示意图;

    图13为等效阻尼系数随16块永磁体的耦合关系曲线;

    图中,1为第一导磁钢板,2为永磁体,3为导体铜板,4为第二导磁钢板。

    具体实施方式

    实施例1:结合图1-图13,一种摆式电涡流TMD磁路构造的设计方法,具体包括以下
    步骤:

    确定电涡流TMD设计参数:质量m、振动频率f与阻尼比ζ;

    计算电涡流阻尼器等效阻尼系数目标值cTMD=2m(2πf)ζ;

    确定矩形永磁体2型号与尺寸,永磁体2长度与宽度记为b,高度记为h;

    设计由4块永磁体2构成的电涡流阻尼器基准单元,具体包括:沿TMD运动方向,相
    邻永磁体2磁极交错布置,间距0.5b;沿垂直于TMD运动方向,相邻永磁体2磁极相同布置,间
    距0.1b;导体铜板3厚度不大于0.3h;第一导磁钢板1厚度不大于20mm,第二导磁钢板4厚度
    大于第一导磁钢板1厚度,且不小于h;永磁体2组与导体铜板3之间的净间距取10mm。

    采用三维电磁场有限元分析方法计算电涡流阻尼器基准单元的等效粘滞阻尼系
    数cJ,具体为:通过三维电磁场有限元仿真得到的导体铜板3受到的洛伦兹力F与导体铜板3
    的速度v,计算出电涡流阻尼等效阻尼系数cJ


    确定电涡流阻尼器基准单元的数量n=cTMD/cJ,即永磁体2总数量为4n。

    一种基于权利要1的设计方法设计的摆式电涡流TMD装置,包括第一导磁钢板1、永
    磁体组、导体铜板3、第二导磁钢板4,所述永磁体2组安装在TMD运动质量块底面的第一导磁
    钢板1上,所述导体铜板3位于永磁体2组的下方,且与永磁体2组之间具有一定的磁场间隙,
    所述第二导磁钢板4安装在所述导体铜板3的底面;所述永磁体2横截面为矩形,永磁体2长:
    宽:高为2:2:1,且磁极方向垂直于质量块底面;永磁体2组由偶数个永磁体2组成,采用阵列
    方式布置;沿TMD运动方向,相邻永磁体2磁极交错布置,间距0.5b,其中b表示永磁体2宽度,
    沿垂直于TMD运动方向,相邻磁极相同布置,间距0.1b;导体铜板3厚度不大于0.3h,其中h表
    示永磁体2高度;第一导磁钢板1厚度不大于20mm,第二导磁钢板4厚度大于第一导磁钢板1
    厚度,且不小于h;所述永磁体2组与导体铜板3之间的净间距不大于10mm。永磁体2中心开
    孔,采用螺栓固定在第一导磁钢板1。

    实施例2,结合图1-图13,一种电涡流调谐质量阻尼器磁路构造的设计方法,

    如图1所示电涡流阻尼器基准单元,可通过三维电磁场有限元仿真得到的导体铜
    板3受到的洛伦兹力F与导体铜板3的速度v给出电涡流阻尼等效阻尼系数cJ,


    电涡流阻尼器基准单元阻尼比ζJ可由下式确定

    式中,m、f分别表示电涡流TMD运动质量块质量与振动频率。

    综合①②式,得到该摆式电涡流TMD阻尼比公式:


    电涡流阻尼器等效阻尼系数目标值cTMD=2m(2πf)ζ③,式中ζ表示目标阻尼比。

    综合②③式,得到等效阻尼系数比值为

    根据以上理论分析,可以得到摆式电涡流TMD设计方法是:

    (1)根据工程减振需要,确定电涡流TMD设计参数:质量m、振动频率f与阻尼比ζ;

    (2)计算电涡流阻尼器等效阻尼系数目标值cTMD=2m(2πf)ζ;

    (3)确定矩形永磁体2型号与尺寸,永磁体2长度与宽度记为b,高度记为h;

    (4)初步设计由4块永磁体2构成的电涡流阻尼器基准单元:沿TMD运动方向,相邻
    永磁体2磁极交错布置,间距0.5b;沿垂直于TMD运动方向,相邻永磁体2磁极相同布置,间距
    0.1b;导体铜板3厚度不大于0.3h;第一导磁钢板1厚度不大于20mm,第二导磁钢板4厚度大
    于第一导磁钢板1厚度,且不小于h;永磁体2组与导体铜板3之间的净间距取10mm。

    (5)采用三维电磁场有限元分析方法计算电涡流阻尼器基准单元的等效粘滞阻尼
    系数cJ;

    (6)确定电涡流阻尼器基准单元的数量n=cTMD/cJ,即永磁体2总数量为4n。

    一种摆式电涡流TMD装置,包括第一导磁钢板1、永磁体2组、导体铜板3、第二导磁
    钢板4,所述永磁体2组固定在TMD运动质量块底面的第一导磁钢板1上,所述导体铜板3位于
    永磁体2组的下方,且与永磁体2组之间具有一定的磁场间隙,所述第二导磁钢板4安装在所
    述导体铜板3的底面;其特征在于,所述永磁体2横截面采用矩形,永磁体3长:宽:高=2:2:
    1,且磁极方向垂直于质量块底面;永磁体2组采用偶数个永磁体2,采用阵列方式布置;沿
    TMD运动方向,相邻永磁体2磁极交错布置,间距0.5b,其中b表示永磁体2宽度,沿垂直于TMD
    运动方向,相邻磁极相同布置,间距0.1b;导体铜板3厚度0.3h,其中h表示永磁体2高度;第
    一导磁钢板1厚度20mm,第二导磁钢板4厚度大于20mm,且不小于h;所述永磁体2组与导体铜
    板3之间的净间距10mm。

    具体的来讲:以某超级工程耗能减振设计为例,采用本发明最优磁路和设计方法:
    该工程设计的大型摆式电涡流调谐质量阻尼器具体参数为:TMD质量块m为1000t,设计频率
    f 为0.111Hz。

    电涡流TMD设计参数,TMD质量块m为1000t,设计频率f为0.111Hz,目标阻尼比参数
    ζ为8%。

    计算得到电涡流阻尼器等效阻尼系数目标值cTMD=111589.37N*s/m。

    根据工程结构减振需要,选取N42型NdFeB永磁体2,剩磁感应强度为1.3T,永磁体2
    的尺寸为100mm×100mm×50mm。

    运用本专利提供的摆式电涡流TMD最优磁路:沿TMD运动方向,相邻永磁体2磁极交
    错布置,间距50mm,沿垂直于TMD运动方向,相邻永磁体2磁极相同布置,间距10mm,导体铜板
    3厚度15mm,导磁钢板厚度50mm,磁场间隙10mm,质量块底板厚度取20mm。

    采用三维电磁场有限元分析方法计算电涡流阻尼器基准单元的等效阻尼系数cJ
    =11574.40N*s/m。

    经计算,电涡流阻尼器基准单元的数量n=9.6,取整为10,即采用40块永磁体2(沿
    TMD运动方向布置8列,垂直于TMD运动方向布置5行),实现了阻尼比为7.81%的设计,误差
    范围满足要求。

    综上可以看出,采用本发明摆式电涡流TMD最优磁路,以40块永磁体2即可实现
    1000吨级大型摆式电涡流TMD(振动频率0.111Hz)的目标阻尼比(7.81%)设计。

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