專利名稱：復式阻尼器以及該阻尼器的結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種復式阻尼器，它包括一個或多個安裝到一阻尼器底板上的單個阻尼元件。該復式阻尼器是用于例如建筑物、橋梁之類的阻尼結構。
背景技術：
在例如建筑物、橋梁、水塔、民用基礎設施改建等的結構中，通常采用消能阻尼器來削弱因風、地震等因素而造成的振動作用。通常，這些消能阻尼器包括一直接粘附在相對較大的阻尼器結構元件上的振動阻尼材料。這些阻尼器以一種能最有效地消除所述結構上的振動作用的方式設置在例如一建筑物之類的結構內。
下面的參考文件中描述了已知的、可用于建筑物等的非復式消能阻尼器。
Caldwell等人的美國專利No.3,605,953揭示了一種非復式阻尼器，它具有一粘彈層，該粘彈層牢固地粘接在一對具有寬大表面的剛性元件上。每一剛性元件的剛度超過0.1英寸(2.54mm)鋼板的剛度。該阻尼裝置可以安裝在一個建筑物內的一支承柱和一桁架之間。
Scholl的美國專利No.4,910,929揭示了一種非復式阻尼器，它具有一剛性構件和柔性構件，在所述柔性構件內帶有層疊的、可選擇的散熱板。一個或多個剛性構件通常是連接在一建筑物或結構的梁或柱之間，以便提供與建筑物固有阻尼的100％相等或更大的阻尼。
Fukahori等人的美國專利4,761,925揭示了一種由交替設置的各剛性板和具有粘彈性的柔性板組成的抗地震橡膠支承件，所有各剛性板和柔性板在厚鋼板法蘭之間相互粘接。該抗地震橡膠支承件在水平方向上具有柔性或低的剪切模量，并且它是設置在一建筑物和一地基之間。
Robinson的美國專利4,117,637揭示了一設置在結構元件之間的周期剪切能量吸收件，以防止結構元件受地震影響或因大風而導致的移動。其指出的可用的能量吸收材料包括鉛、鋁、超級塑料合金和冰。
Miles的美國專利4,425,980揭示了一種梁阻尼器，它包括一帶有翼緣的梁、以及設置在翼緣和被阻尼之結構的表層之間的一粘彈材料層。所述梁可具有I形、L形、Z形、U形或T形的橫截面。
White的美國專利4,832,522揭示了一種能量吸收組件，在該組件內，多個間隔的金屬板狀元件相互連接在一起，并從它們的上端起懸伸出來。所述各上端可以聯接于一地板梁，而各懸伸端則聯接于一靠近該地板梁的支柱。
發明概要本發明涉及一種消能阻尼器，它利用了一由若干個交替設置的振動阻尼材料層和剛性元件(例如金屬板)組成的阻尼模件(在文中也被稱作一阻尼元件)。一復式阻尼器可由各阻尼模件(一個或多個)制成，也就是將各阻尼模件固定到阻尼器的結構元件上。例如各阻尼元件可以通過螺栓、榫接、焊接、粘合劑粘接、互鎖的表面結構、或其它的緊固技術的任何一種組合固定或連接于復式阻尼器的結構元件。所述模件的外剛性元件可以選擇性地延伸，從而更方便地將阻尼元件用螺栓連接、焊接或其它緊固方式連接于消能復式阻尼器的結構元件上。
該復式阻尼器的方案的獨特之處在于，它可以使阻尼元件的振動阻尼材料和剛性元件之間的所有粘接發生在遠離所述復式阻尼器的較大結構元件處(當采用了具有兩個外剛性元件的阻尼模件時)。這樣就在設計的靈活性、性能測試、用戶維修、庫存管理、生產工藝、生產成本、質量、生產安全性/人與機器控制、以及貨運方面提供了很大優越性。
阻尼器通常需要測試其消能能力和粘接強度。本發明的復式阻尼器的一個重要的優點是，它便于測試具有兩個外剛性元件的阻尼模件的消能能力和粘接強度。對最大最重的傳統阻尼器而言，為了評價所制造的產品的消能能力和粘接強度，必須對整個阻尼器進行測試。要測試大而重的最終組件是困難的、昂貴的、并且有時是不可能的。對本發明所采用的較小的阻尼模件進行消能能力和粘接強度的測試相對比較容易，因而在進行這些性能測試時可允許一較大的采樣范圍。傳統的阻尼器不是由那種在阻尼器制作完成前能單獨測試的模件組成的。因此，必須對較大的阻尼器本身進行測試。這樣，為測試該阻尼器的特性，就必須采用一個能輸入較大力的大機器。這樣的大機器通常是一種能以200千磅(9.09×104kg)至1000千磅(4.55×105kg)高頻(1Hz)激發而產生高達1.5英寸(38mm)或更大位移的測試裝置。這種類型的裝置是非常少的，并且操作起來困難且昂貴。本發明的阻尼器中所用的多個較小的阻尼元件可以在一個相對較小的測試裝置上進行測試，并且由于它們的實際尺寸較小，所以只需要一個相對較小的輸入力即可。
另一個重要的優點是，本發明具有將阻尼模件或元件從總裝的阻尼器上去除和/或更換的能力。當阻尼器已經被安裝到其功能位置(在一建筑物、橋梁等的內部)上時，例如，可以將各阻尼元件從阻尼器的結構元件上解除螺栓連接。通過外剛性元件也能夠將粘接或焊接到阻尼器上的各阻尼元件去除或更換。粘合劑的粘接可以通過使用溶劑和/或熱處理和/或切割來斷開，從而可去除各阻尼元件。焊縫可以被磨掉或用火焰切割，這樣也可以去除阻尼元件。雖然阻尼元件也可能在斷開粘合劑粘接或去除焊縫時被損壞，但阻尼器的結構元件還是有用的。借助螺栓或榫接安裝的阻尼元件更便于去除，并且在去除過程中不太容易損壞。
由于阻尼材料直接粘附于阻尼器的結構元件(例如一金屬的阻尼器底板)，所以要將阻尼材料從普通的阻尼器上去除以進行維修、測試、或更換損害的阻尼材料或調整剛度是比較困難的。一“阻尼器底板”是一個廣義的術語，可以集中描述所有的阻尼器結構元件。
當采用本發明的復式阻尼器時，還具有能改進客戶服務的優點，其中各阻尼模件可以定期地檢修、測試、改進、或者如果在工作過程中超過其消能能力的話亦可加以替換。
現在，在一結構內的變化多端的安裝環境造成了在結構到結構之間需要有不同的阻尼器，這樣就難于用一標準的產品來服務于市場。
本發明的另一個優點是，它易于獲得庫存品。由于各阻尼元件不是為一個特別的阻尼器而生產的，因此它們可以以大量的“標準”結構來庫存。這些普通的“標準”阻尼元件可以結合到定制的阻尼器中，因而定制的阻尼器的需求可以由普通的阻尼模件來支持。隨后，對每個工程而言，只需要對結構元件(例如結構底板)加以定制即可。
此外，與用于傳統阻尼器的目前的粘接工藝相比，通過螺栓聯接、榫接、焊接、互鎖表面結構等方式將元件安裝到結構元件上，從而將阻尼元件安裝到最終阻尼器上的方法要簡單得多。例如，在傳統的、帶有結構等級鋼梁的結構元件的阻尼器的情況下，既花費大又難于將這些元件的表面制作成具有所需的用于粘接的平面度，而且它們大得會在粘接過程中造成阻礙。
更具體地說，對一個復雜的阻尼器設計，例如一四個側面均呈方形的管狀阻尼器而言，每個側面都必須加以制備以進行粘接、被粘接、固化，如果使用粘合劑，還必須對硬化后多余的粘合劑加以清除；在某一區域內會受到周圍阻尼器結構元件緊緊的約束。因此，傳統阻尼器的制備是復雜的。這些問題可以由本發明的復式阻尼器來加以克服。
本發明還為材料處理提供了更大的方便。對某一粘接工廠而言，在一精確的組裝過程中，各阻尼元件的較小的剛性元件(例如小金屬板)的后勤和處理工作相對最終阻尼器的大而重的結構元件來說大大簡化了。這些優點是可以更好地利用廠區占地面積、增加生產率、并且可減少用于安全地處理較大結構部件的合適的材料處理設備的投資。因此，如果需要，廠外的、負責將阻尼元件或模件(一個或多個)安裝到最終阻尼器上的商店可以處理這些最終的、較大零件的后勤工作。
此外，由于使采用一致的、具有預期形狀和尺寸的阻尼模件的剛性組件成為可能，所以和一傳統的阻尼器相比，粘接過程的自動化更容易實現，因而從成本角度考慮是非常有利的。現時和過去的阻尼器的定制特性、不能預期的零件尺寸和形狀、以及許多那些零散的零件使得有關自動化生產的考慮變得復雜化。過去阻尼器的多樣性和特殊性要求將阻尼材料直接粘接到一批大尺寸的結構元件上。由于在阻尼器市場上需要定制，不可能預先知道將來所需要的結構元件的形狀和尺寸，因而實現粘接過程自動化的代價太高。即使對于一個定制設計的阻尼器，一適于組合的阻尼器可以使阻尼模件的粘接自動化，并能按規格改制結構元件，以滿足顧客的需要。利用本發明，阻尼元件的生產者可以為簽約方提供阻尼元件的選擇余地，以便安裝到最終阻尼器的結構元件之中。因此，能以一種更為經濟合算的方式來支持顧客的事業。
本發明還能在相互粘接的振動阻尼材料和基底之間獲得均勻的粘接質量的優越性。在本發明中，振動阻尼材料是粘接于各阻尼模件的較小的剛性元件，而不是阻尼器本身的較大的結構元件。由于在粘接過程中沒有了通常為阻尼器結構元件而設置的大的、笨重的、形狀不佳的零件，所以在阻尼元件的振動阻尼材料和剛性元件之間的粘接可以獲得更可靠的控制。
還有，如前所述，傳統阻尼器的生產需要將振動阻尼材料直接粘接到阻尼器的大的結構元件上。在這樣一種情況下，每個結構元件較佳地都必須精確地加工，以使粘接于振動阻尼材料的區域具有小于0.005英寸(0.127mm)的粗糙度。這是很花錢的工藝。有時，必須在結構元件上去除很大一部分以滿足平面度的要求，這樣會大大削弱該元件。
利用本發明，通常是將阻尼元件的剛性件選擇成平的矩形，并且比結構元件小。對阻尼元件的剛性元件進行精確的加工以使其達到所需的規格而花費的成本較小。因此，在本發明中，不再需要將大而笨重的結構元件加工至所需的平面度，這是因為它們不再直接粘接于振動阻尼材料。
此外，比較小而且輕的零件(即粘接于較小的剛性零件，而不是大而重的結構元件)還可以提供生產安全性。自動化生產進一步有利于阻尼模件粘接的安全性和控制。
因此，本發明提供了一種復式阻尼器，它包括兩個或多個結構元件，由一個或多個阻尼元件、一個或多個阻尼元件疊層以及它們的組合所構成的組中加以選擇的至少一個阻尼元件，其中，每個阻尼元件單獨地包括(i)兩個外剛性元件；(ii)介于兩個外剛性元件之間的至少一層振動阻尼材料；(iii)處在所述外剛性元件內的、可選擇的一個或多個內剛性元件，其中，所述阻尼元件內的各剛性元件可借助至少一層振動阻尼材料而與另一剛性元件分開；以及(iv)介于任何一個剛性元件和一個或多個振動阻尼材料層之間的、可選擇的一粘合劑層；其中，每個所述阻尼元件疊層包括兩個或多個相互連接的阻尼元件；其中，所述各外剛性元件、所述各結構元件以及可能有的內剛性元件的剪切模量大于所述一個或多個振動阻尼材料層的剪切模量，其中，每個結構元件均通過至少一個阻尼元件與至少另一個結構元件相連，以及其中，所述一個或多個阻尼元件的定位使得施加于所述一個或多個阻尼結構元件的機械能量可借助至少一個阻尼元件至少部分地耗散。
雖然下述的本發明的復式阻尼器優于傳統的阻尼器，但因為它采用了只具有一個外剛性元件的阻尼元件(一個或多個)，所以比不上前面所述的本發明的復式阻尼器。
由于外側振動阻尼材料層粘接于一結構元件，所以這樣的阻尼元件比較難于更換。而且由于對一阻尼器/結構元件裝置的測試最好需要一起進行，所以對這樣一種阻尼器的單個阻尼元件的測試也是比較困難的。
本發明還提供了一第二復式阻尼器，它包括兩個或多個結構元件，以及從由一個或多個第一阻尼元件構成的組中加以選擇的至少一個阻尼元件，其中每個第一阻尼元件均單獨地包括(i)一外剛性元件；(ii)一連接于所述外剛性元件的振動阻尼材料外層，在離所述外剛性元件最遠的所述振動阻尼材料外層的側面上可選擇地設置有一粘合劑層；(iii)處在所述外剛性元件和所述振動阻尼材料外層之間的、可選擇的一個或多個內剛性元件，其中，所述第一阻尼元件內的各剛性元件可借助至少一層振動阻尼材料而與另一剛性元件分開；以及(iv)介于任何一個剛性元件以及任何一個振動阻尼材料層之間的、可選擇的一粘合劑層；并且所述可選擇的一個或多個阻尼元件是從由一個或多個第二阻尼元件、一個或多個第二阻尼元件疊層以及它們的組合所構成的組中選擇的；其中，每個第二阻尼元件均單獨地包括(i)兩個外剛性元件；(ii)介于兩個外剛性元件之間的至少一層振動阻尼材料；(iii)處在所述外剛性元件內的、可選擇的一個或多個內剛性元件，其中，所述阻尼元件內的各剛性元件可借助至少一層振動阻尼材料而與另一剛性元件分開；以及(iv)介于任何一個剛性元件和任何一個振動阻尼材料層之間的、可選擇的一粘合劑層；其中，每個阻尼元件疊層均包括兩個或多個相互連接的阻尼元件；其中，所述外剛性元件、所述結構元件以及可能有的內剛性元件的剪切模量大于所述一個或多個振動阻尼材料層的剪切模量，其中，每個結構元件均通過至少一個阻尼元件與至少另一個結構元件相連，以及其中，所述一個或多個阻尼元件的定位使得施加于所述一個或多個阻尼器結構元件的機械能量可借助至少一個阻尼元件至少部分地耗散。
附圖簡要說明
圖1是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的一實施例的側視圖；圖2是可用于本發明之復式阻尼器的另一個阻尼元件的側視圖；圖3是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的另一實施例的側視圖；圖4是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的另一實施例的剖視圖；圖5是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的另一實施例的側視圖；圖6是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的剖視圖；圖7是本發明之復式阻尼器的一實施例的剖視圖；圖8是本發明之復式阻尼器的另一實施例的剖視圖；圖9是本發明之復式阻尼器的另一實施例的剖視圖；圖10是本發明之復式阻尼器的另一實施例的剖視圖；圖11是本發明之復式阻尼器的另一實施例的剖視圖；圖12是本發明之復式阻尼器的另一實施例的剖視圖；圖13是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的另一實施例的側視圖；圖14是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的另一實施例的剖視圖；圖15a-e是可用于本發明之復式阻尼器的阻尼元件的各個不同實施例的平面圖，圖中示出了各個緊固孔的位置；圖16a-e是可用于本發明之復式阻尼器的阻尼元件的各個不同實施例的平面圖，圖中示出了各個可能的焊接位置；圖17是可用于本發明之復式阻尼器的一個阻尼元件的一剛性元件的俯視圖18是本發明之復式阻尼器的另一實施例的端部剖視圖；圖19是本發明之復式阻尼器的另一實施例的端部剖視圖；圖20是一安裝有本發明的復式阻尼器(呈剖視狀態)的建筑物局部的側視圖；圖21示出了作用在本發明之復式阻尼器上的力和各阻尼元件之一的位移之間的關系；圖22示出了作用在根據本發明的一復式阻尼器上的力與位移之間的關系；圖23a是一處于彎曲狀態下的阻尼元件的一部分的視圖；圖23b是圖23a所示的處于彎曲狀態下的阻尼元件的側視圖；圖24是本發明之復式阻尼器的另一實施例的側向剖視圖；圖25是本發明之復式阻尼器的另一實施例的側視圖；圖26a是本發明之復式阻尼器的另一實施例的平面圖；圖26b是圖26a所示的復式阻尼器的側視圖；圖26c是圖26a所示的復式阻尼器的局部放大視圖。
對發明的詳細描述復式阻尼器的結構元件文中所述的復式阻尼器的結構元件可以有很多種型式。它們可以是板狀、桿狀、棒狀、管狀、I形梁狀、壁狀，等等。它們可以是直的、有角度的，等等。它們通常用金屬制成，例如鋼或鋁或它們的合金等。雖然阻尼器結構元件的寬度和長度是可以變化的，但寬度通常是大約4英寸(102mm)至48英寸(1224mm)左右，更通常的是大約6英寸(153mm)至24英寸(612mm)左右，而長度通常是大約6英寸(153mm)至216英寸(5486mm)左右，更通常的是大約12英寸(305mm)至144英寸(3658mm)左右。一個能設計用于建筑物、橋梁等的消能阻尼器的普通技術人員可根據某一特定使用場合的要求來確定合適形狀的結構元件。
可用的結構元件包括但不限于那些由結構梁所構成的組中加以選擇的元件，所述結構梁包括“I”形梁、“T”形梁、槽鋼、角形件、管件或其它結構梁形狀。它們可選擇地安裝有角撐板。剛性元件構成阻尼元件的各剛性元件可以按照成品阻尼器的所需場合而采用各種不同材料制作成形。剛性元件可以由下列組中選擇的材料制成，它們包括但不限于金屬，例如鋼、不銹鋼、銅、鋁，等等；金屬合金；塑料；及木材。通常，剛性元件是由例如鋼或不銹鋼之類的金屬材料制成。
剛性元件可以有各種形狀，包括但不限于板狀(例如曲板狀、平板狀等)、桿狀、棒狀、管狀、T形梁、槽鋼形、角形件、以及I形梁。通常剛性元件是板狀的，最通常的是矩形板狀。
各剛性元件(如果有的話，可以是外和內元件)以及阻尼器結構元件的剪切模量通常大于同樣也構成阻尼元件的振動阻尼層的剪切模量。剛性元件的剪切模量一般至少比振動阻尼材料層(一個或多個)的剪切模量大10倍左右，較佳的是大100倍左右，更佳的是大1000倍左右，最好是大10,000倍左右。
一種材料的剪切應力和相應的剪切應變的比值就是所謂的“剪切模量”，它可以由下列等式中的G來表示。
對大多數材料而言，G的大小是楊氏模量的三分之一到二分之一。對剪切模量的進一步的詳細討論可參見由Addison-Wesley出版公司出版(1960)的《現代大學物理》(Modern University Physics)第10章，P210-219頁。
剛性元件的厚度可以根據阻尼元件所需場合的不同來變化。通常，每個剛性元件的厚度是大約1/16英寸(1.5mm)至2英寸(51mm)左右，較佳的是大約1/4英寸(6mm)至2英寸(51mm)左右，最好是大約1/2英寸(13mm)至1英寸(25mm)左右。
如果一剛性元件太薄，將會發生下列問題當該剛性元件受到較大的力時，它會發生彎曲和/或失效。如果一剛性元件太厚，阻尼模件和阻尼器將變得比需要的重，并且在安裝阻尼器的建筑物或其它結構內需要有更大的空間。
剛性元件的長度和寬度是可以變化的。一剛性元件的寬度通常是大約2英寸(51mm)至大約48英寸(1224mm)，更通常的是大約4英寸(102mm)至大約24英寸(612mm)。一剛性元件的長度通常是大約6英寸(153mm)至大約96英寸(2448mm)，更通常的是大約6英寸(153mm)至大約48英寸(1224mm)。一剛性元件和一阻尼器結構元件的區別之處是，剛性元件的長度和/或寬度尺寸通常小于結構元件。振動阻尼材料層一振動阻尼材料層可以是連續的或不連續的。一連續的振動阻尼材料層可以包括一種類型的材料，或者可以例如包括由不同的振動阻尼材料制成的各相鄰部分。一不連續的振動阻尼材料層可以包括例如由非阻尼材料(一個或多個)或間隔(一個或多個)分隔開的阻尼材料部分。此外，當至少有兩個阻尼層時，每層可以包括相同的或不同的阻尼材料(一個或多個)。較佳的是，各剛性材料基本上被一連續的阻尼材料層(一層或多層)所覆蓋，盡管所述材料層也可以是不連續的。
振動阻尼材料包括一種粘彈材料。粘彈材料是一種粘性的(因而能吸收能量)、并具有一定彈性(因而能在合適的溫度和頻率范圍內儲存能量)的材料。也就是說，粘彈材料就是一種通常包含長鏈分子的彈性材料，所述長鏈分子變形時會把機械能轉變為熱能。這樣一種材料一般可以通過施加一載荷而變形，例如被拉伸，并有時在載荷被去除之后，逐漸收縮而恢復其原來形狀。
在一定的工作溫度和頻率下(通常是大約-40℃至大約50℃，以及大約0.1Hz至15Hz)，用作本發明的振動阻尼材料的較合適的粘彈材料的抗剪儲存模量G′，即在變形過程中儲存能量的量度，至少是大約1磅/平方英寸(6.9×103帕斯卡)。可用的粘彈材料的儲存模量可以高達10,000磅/平方英寸(6.9×107帕斯卡)；通常是大約50-5000磅/平方英寸(3.5×105-3.5×107帕斯卡)。特別好的粘彈材料能為所述結構(例如受到阻尼的建筑物)提供一應變能量比，即阻尼材料內儲存的應變能量相對于所述結構內儲存的總應變能量的比值，至少是大約2％。
在工作溫度和頻率下，用作本發明的振動阻尼材料的較合適的粘彈材料的損耗率η，即能量損失相對儲存的能量的比值或者是抗剪損失模量G″相對抗剪儲存模量G′的比值，至少是大約0.1在材料經歷的工作頻率和溫度下，較佳的是，該損耗率至少為大約0.5，更好的是大約0.8，最好是在1.0以上。這一損耗率表示材料消能的量度，并且是隨著阻尼材料所經歷的頻率和溫度的變化而變化。例如，就ScotchdampTMSj2015X110型，一種交聯的丙烯酸聚合物而言，在1Hz的頻率下，在68°F(20℃)情況下的損耗率是1.3，而在158°F(70℃)情況下的損耗率是1.0左右。
剪切狀態下的振動阻尼材料層的剛度可以下列等式計算k＝k′+jk″(20)式中k＝阻尼材料層的復合剛度k′＝阻尼材料層的儲存剛度k″＝阻尼材料層的損失剛度j=-1]]>G′＝阻尼材料層的儲存剪切模量G″＝阻尼材料層的損失剪切模量A＝阻尼材料層的剪切面積
h＝阻尼材料層的厚度可用的振動阻尼材料可以是各向同性和各向異性的材料，特別是對它們的彈性而言。在文中，“各向異性材料”或“非各向同性材料”是一種其特性取決于測量方向的材料。具有粘彈性的合適材料包括尿脘橡膠、硅橡膠、腈橡膠、異丁橡膠、丙烯酸橡膠、天然橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠，等等。其它可用的阻尼材料包括聚酯、聚氨酯、聚酰胺、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯醇縮丁醛、聚乙烯醇縮丁醛-聚乙酸乙烯酯、環氧丙烯酸鹽互穿網絡，等等。適于用作振動阻尼材料的熱塑性和熱固性的樹脂可用被用來制造阻尼元件。
可用的振動阻尼材料還可以是交聯的，以提高其強度和加工性能。這些材料可以分類為熱固性樹脂。當粘彈材料是熱固性樹脂時，在制造阻尼器之前，熱固性樹脂一般是處于一熱塑性狀態。只要固化的材料具有上述的粘彈特性，雖然一旦固化它可以是膠凝的，但在制造過程中，熱固性的樹脂通常可以進一步地固化和/或交聯為固體狀態。視所采用的特定的熱固性樹脂而定，熱固性樹脂可以包括一固化劑，例如催化劑，當該硬化劑暴露在一合適的能量源下時，它會激發熱固性樹脂的發生聚合。特別好的振動阻尼材料是以丙烯酸酯為基礎的。
總的來說，任何一種合適的粘彈材料都是可以采用的。對于某一組特定的條件(例如溫度和振動頻率等)選擇粘彈材料在振動阻尼技術領域的普通技術人員的知識范圍之內。對一合適阻尼材料的選擇也是基于將阻尼材料加工成一阻尼元件(用切削或其它制造方法)的加工性能、以及具有所選阻尼材料的最終的阻尼器結構的所希望的結構整體性而作出的。應該理解，上述任何一種材料的混合物也是可以采用的。
除了粘彈材料以外，本發明的振動阻尼材料可以包括有效數量的纖維和/或顆粒材料。在此，“有效數量”的纖維材料和/或顆粒材料是指至少能讓粘彈材料的所需特性有所提高的數量，但是不會多到對帶有粘彈材料的阻尼器的結構整體性有任何值得注意的有害影響。通常，與那種沒有纖維或顆粒材料、含有相同數量和類型的粘彈材料的阻尼元件相比，采用有效數量的纖維和/或顆粒材料的阻尼元件可以提高阻尼元件的應變能量比。粘彈材料內的纖維材料含量通常占振動阻尼材料總重量的3-60％。粘彈材料內的顆粒材料的含量通常占振動阻尼材料總重量的0.5-70％。
所述纖維材料可以是纖維線，或者是纖維墊或網的形式，纖維線是較佳的。纖維線可以是線、繩、紗、粗紗、長絲等形式，只要粘彈材料可以潤濕該材料的表面即可。它們可以隨機分散，或者是以某一特定的規則均勻地分布。可用的纖維材料包括金屬纖維材料，例如氧化鋁、鎂或鋼的纖維；非金屬纖維材料，例如玻璃纖維；天然的有機纖維，例如木材、蠶絲、棉花；以及纖維素和合成有機纖維，例如聚乙烯醇、尼龍、聚酯、人造纖維、聚酰胺、聚丙烯腈系纖維、聚烯烴、芳族聚酰胺和苯酚。
能用于本發明的顆粒材料可用是粒狀、球狀、珠狀、片狀或粉末狀，只要粘彈材料可以潤濕顆粒表面即可。顆粒材料的尺寸可以變化，但通常應該大于阻尼材料層的厚度。
可用的顆粒材料包括涂覆或未涂覆過的玻璃和陶瓷小球或珠，例如可導熱的小球；粉末，例如氧化鋁粉末和氮化鋁粉末；硅；金屬片，例如銅片、固化的環氧樹粒子，等等。
除了纖維和顆粒材料以外，本發明的振動阻尼材料可以包括添加劑例如填充劑(如滑石粉等)、染色劑、韌化劑、阻燃劑、抗氧化劑、抗靜電劑，等等。用這些材料中的任何一種，并且數量充分的話，就能產生所希望的效果。
纖維材料和顆粒材料的組合也是可以采用的，它們可以占振動阻尼材料總重量的0.5至70％左右。
較佳的粘彈材料可以是從明尼蘇達州圣保羅的3M公司獲得的109、110、112和113型的ScotchdampTMSJ2015X丙烯酸粘彈聚合物，這在來自3M工業膠帶和特種生產部門的有關ScotchdampTM粘彈聚合物的建議商用說明書No.70-072-0225-7(89.3)R1中有所描述。
粘彈材料對溫度敏感。具體地說，Chang等人在《地震領域》第9卷No.3(1993)pp.371-387頁上的文章“作為地震消能裝置的粘彈阻尼器”中指出，溫度上升會使粘彈材料軟化，并使材料的阻尼效率下降。在上述的建議商用說明書中，提供了109、110、112和113型的ScotchdampTMSJ2015X丙烯酸粘彈聚合物的另外一些溫度敏感信息。
因此，在選擇振動阻尼材料構造本發明的復式阻尼器時，必須考慮粘彈材料的溫度變化。粘合劑層為了便于將振動阻尼材料層粘接到剛性元件上，最好是在剛性元件和振動阻尼材料層之間設置一層例如環氧樹脂之類的粘合劑，以便使各層之間更有效地粘接。所用的粘合劑應該在剛性元件和阻尼層之間形成一粘合狀態，其強度大于阻尼層本身的強度。較佳的是，采用一結構化粘合劑。
如果一粘合劑的剪切強度大于1000磅/平方英寸(6.9×106帕斯卡)，較佳的是大于2000磅/平方英寸(1.4×107帕斯卡)，最好是大于3000磅/平方英寸(2.1×107帕斯卡)時，它通常可以被認為是結構化的。
在工作環境下，粘接層最好是防水的，并能夠抗拒與之接觸的任何溶劑、氣體或化學物質。此外，粘合劑層最好是能防增塑劑或可能殘留的阻尼材料中的殘余溶劑。較佳的是，與振動阻尼層相比，該粘合劑層更加能防止抗剪強度隨溫度的增加而下降。通常，阻尼材料和粘合劑都隨著溫度的升高而軟化。在所有的工作溫度下，通常是大約-40℃至大約50℃，更通常的是大約0℃至40℃，最通常是大約15℃至大約35℃，一較佳的粘合劑的抗剪強度均超過阻尼材料的抗剪強度。阻尼元件的設計和制造方法各單獨的阻尼元件的設計是可以變化的。較佳的是，阻尼元件包括兩個外剛性元件一第一外剛性元件和一第二外剛性元件，以及夾設在兩者之間的一層振動阻尼材料。所述振動阻尼件可選擇地還包括一個或多個內剛性元件和交替設置的振動阻尼材料層。振動阻尼材料和剛性元件的交替層的數量是可以變化的，只要能維持阻尼元件的結構整體性即可。為便于制造，一阻尼元件內的剛性元件的總數通常是大約1至120個左右，更通常的是大約2至24個左右，較佳的是從大約2到8左右，最好的是大約2至4個左右。對阻尼元件最合適的層的數量還取決于在阻尼層內的應變和/或在工作過程中元件內的熱量的增加是否有利害關系。采用具有良好導熱性和比熱的剛性元件，或者是在振動阻尼元件內含有導熱纖維或顆粒材料，可以減少阻尼材料內熱量的增加。
較佳的是，剛性元件的導熱系數應該大于約0.2瓦特/米·度C，更好的是大于約30瓦特/米·度C，最好是大于約40瓦特/米·度C。
確定阻尼元件中的層數的另一個應該考慮的因素是阻尼材料可以得到的厚度，例如，如果為滿足阻尼需求而需要一個5/8英寸(15.9mm)厚的阻尼材料，而可以得到的阻尼材料只有1/8英寸(3.18mm)、1/4英寸(6.35mm)、1/2英寸(12.7mm)這幾種厚度時，就可以在阻尼件中采用五層1/8英寸厚的材料。
次佳的阻尼元件是只有一個外剛性元件和一外振動阻尼層。如前所述，這樣一種元件可以具有選擇性的內剛性元件(一個或多個)和振動阻尼材料層(一個或多個)，只要有一外振動阻尼材料層即可。振動阻尼材料層的外表面(與結構元件接觸的表面)可以選擇性地涂覆一粘合劑。這樣一種元件可以借助螺栓連接、焊接、榫接、粘接、藉互鎖的表面結構連接等方法，通過它的一個外剛性元件而連接到一阻尼器結構元件上。然后，通過例如加熱或粘接等傳統的方法將阻尼層連接到結構元件上。因此，這樣一種元件提供了設有兩個剛性元件的阻尼元件所具有的某些優點。但是該元件是最好具有兩個外剛性件。
雖然制備該阻尼元件的方法是可變的，但一種通常的制作過程如下首先，提供若干個第一剛性元件，它們通常是制作成具有大約0.001英寸(0.025mm)至大約0.025英寸(0.63mm)的平面度，較佳是大約0.001英寸(0.025mm)至0.015英寸(0.381mm)，最好是0.001英寸(0.025mm)至0.005英寸(0.125mm)。如果剛性元件不具有所需的平面度，那么在剛性元件和振動阻尼層之間要獲得所需的粘接強度就會變得困難。因此，這一平面度的要求最適用于實際上和一振動阻尼層相粘接的剛性元件的表面。理想的是，無論其成份是金屬、塑料或其它，所采用的所有剛性元件的平面度是大約0.001英寸(0.025mm)至0.005英寸(0.125mm)。例如通過螺栓聯接而與阻尼器的結構元件接觸的一個最外面的剛性元件的外表面不必有這種特殊的平面度要求。然而，倘若一外剛性元件需粘接于結構元件，那么外剛性元件的表面和結構元件的表面最好能滿足這些相同的平面度要求。
在剛性元件的與振動阻尼材料層接觸的那一表面上通常涂覆了一層粘合劑，例如環氧樹脂。粘接層的厚度可以根據應用場合而變化。較佳的是，該粘合劑涂層是一薄的、連續的層。粘接層的厚度通常是大約0.002英寸(0.051mm)至0.050英寸(1.27mm)左右，較佳的是大約0.002英寸(0.051mm)至0.015英寸(0.381mm)左右。
粘接層的厚度必須薄到足以讓阻尼層和剛性元件的共同的粘接面之間發生緊密的接觸。粘接層內的任何孔隙都會降低總的粘接強度，以及復式阻尼器工作過程中產生集中應力，并可能成為粘接層內發生斷裂的核心。
當采用較佳的結構化環氧樹脂，并且粘合劑層的厚度是大約0.002英寸(0.051mm)至0.015英寸(0.381mm)左右時，粘接的強度最優。與其它的粘合劑相比，環氧粘合劑通常能在阻尼材料和剛性元件之間提供一更強、更可靠的粘接。
所述粘合劑層可以用各種方法來涂覆，例如噴涂、涂抹、涂刷等。較佳的是，在相互粘接的剛性元件和振動阻尼材料上都涂覆粘合劑。在粘接該兩構件時，必須仔細地不能將空氣引入粘合劑層。通常，可借助一分配噴嘴將粘合劑層涂覆到剛性元件和阻尼材料層上，所述噴嘴將粘合劑射流送至兩粘接表面，并使之均勻地覆蓋整個粘接區域。術語“粘接表面”、“粘接區域”和“剪切區域”是可以互換的。這些術語表示相互粘接的兩層之間的共同的表面區域。
接著，將振動阻尼材料的涂有粘合劑的層放到第一剛性元件的粘合劑層的頂面上。如果阻尼材料是液態的，或者也可以把它噴射或注入到一個已經適當地安置有阻尼元件的剛性件的模具上。隨后，振動阻尼材料固化，使得液態的阻尼材料凝固。
因此，可以借助一些阻尼材料，通過熱和/或壓力在阻尼層和剛性元件之間形成粘接。任何一種可在阻尼材料和剛性元件之間產生強度超過阻尼材料本身的粘接方法都是可以接受的制造方法。在制造這些阻尼元件時，采用一環氧粘接劑是較佳的。
振動阻尼層通常的厚度是大約0.06英寸(1.5mm)至5英寸(127mm)左右，較佳的是大約0.15英寸(3.8mm)至2英寸(50.8mm)左右。如果振動阻尼層太薄，就需要很多阻尼層，以將剪切應變保持在一個足夠低的水平，從而避免在阻尼材料層內發生破裂失效現象。從制造角度而言，一般希望能盡量減少所要求的阻尼材料層的數量。
接著，在已具有必要平面度的第二剛性元件的一個側面上設置一層粘合劑，并將其粘固于也已被涂覆了一粘合劑層的振動阻尼層的相對側。隨后，可將阻尼元件放到一個可控制該兩層相對對準的夾具中。
然而，現用的夾具對某一特定產品來說并不能肯定合用。但是，這樣的夾具是可以定制的。通常，一個設計用于制造本發明的阻尼元件的對準式夾具包括一可伸展的鋼制或鋁制框架，其上配備了有效數量的“軟墊”或“墊子”。在伸展狀態下，框架通常是圍繞未受壓的阻尼元件放置的，然后再收合，使軟墊圍繞被粘接的層形成一限定周邊，并使粘接層保持對準，直至所有的粘合劑都充分地固化，即阻尼元件可以移動并且不會損壞粘合劑的粘接或者是破壞被粘接層之間的對準狀態。在生產阻尼元件時，所述夾具可以具有和用于液態阻尼材料的模具一樣的、使阻尼層預固化的功能。簡言之，該夾具只能約束阻尼層(一個或多個)、各剛性元件和任何選擇的層，從而使阻尼元件內的各部分正確地對準，直到在各阻尼層、剛性元件和任何的粘合劑層之間形成粘接狀態。
然后，將包含阻尼元件的夾具放到一個壓力機中，并在考慮到包括各阻尼材料層、剛性元件和所采用的任何粘合劑層在內的阻尼元件總厚度的情況下，將其壓制到一定的厚度。借助通常的兩部分結構化粘合劑形成的阻尼元件可以在室溫下固化，或在一烘箱內(一般是在大約32至150度C左右)加速硬化。如前所述，當阻尼材料適于用熱粘接或熱熔加工時，這一方法是可以修改的。
可以用粘合劑同時粘接的層的數量的唯一限制是與粘合劑的抗流動性保持較低的“工作壽命”相對的、將粘接劑涂覆到合適的阻尼元件的各層上并將元件壓制成形所需的時間。如果超出粘合劑的工作壽命，對各粘合劑層的厚度的控制就會減弱。壓力機的壓力必須足以使元件平整為最終所需的阻尼元件厚度。
如前所述，各剛性元件的厚度以及振動阻尼層的厚度是可以改變的。在每個特定的阻尼元件中，各剛性元件可以有不同的厚度，但它們的厚度最好是相同的，以盡量減少在制造過程中需處理的不同零件的數量。在每個特定的阻尼元件中，每一振動阻尼層的厚度通常也是相同的，但也可以設置厚度不同的阻尼層。較佳的是，在某一特定元件內的振動阻尼層的厚度是相同的，以盡量減少在制造過程中需處理的不同零件的數量，從而減少零件庫存，只需較少的組裝夾具，便于實現自動化，并便于制造。
對位于相同的兩個復式阻尼器結構元件之間的若干個阻尼元件而言，每一阻尼元件或阻尼元件疊層的總厚度最好是相同的，簡單的說是為了各阻尼元件在安裝時的后勤上的原因。這樣安置的阻尼元件的所有的層不必有相同的形狀、厚度、面積或材料成份。較佳的但并非必須的是，結合在某一阻尼器內的每個阻尼元件在層的數量和材料方面具有類似的結構。各個阻尼元件的寬度和長度尺寸可以在阻尼器的范圍內變化，以便利用一“混合且相配”的阻尼器設計。一種“混合且相配”的阻尼器設計意味著在阻尼器內采用了具有不同消能能力的阻尼元件，以便最終生產出具有所需消能能力的阻尼器。
如前所述，各阻尼元件可以制備成具有不同的消能能力。這可以通過改變阻尼層的成份或厚度和/或阻尼層的剪切面積來實現。
阻尼層本身通常是選擇成可以在高達100％的剪切應變的情況下工作。阻尼材料層和剛性元件之間的粘接強度應該大到足以承受最大的阻尼工作應力。這樣，各阻尼元件的總的抗剪強度應該至少足以保證阻尼材料在任何粘接面分層或粘合劑本身喪失粘性之前不會粘接失效。
阻尼元件最好是組裝并連接于阻尼器結構元件，并在阻尼材料層內只引入最小的應變。實際上，在一阻尼器中的阻尼材料內的這一最初的應變大體上應該低于5％，最好是低于2％。一般說來，這樣就需要使阻尼材料層的厚度變化小于10％。
假設阻尼元件是在阻尼材料層內只有最小應變的情況下生產的，那么該元件最好是制作成各剛性元件的所有粘接面和各阻尼器結構元件的任何粘接面是基本上平行的，最好是平行的。文中所采用的術語“粘接面”指的是與一阻尼材料層直接接觸的表面或通過一粘接劑與阻尼材料層間接接觸的表面。這樣做會使各阻尼材料層與相鄰的剛性元件或相鄰的結構元件之間粘接面在阻尼器的工作過程中受到一個主剪切應力。如果這些元件的各粘接面之間偏離平行，將會在阻尼器的工作過程中在粘接層上引入另外的應力。這不至于會將剛性元件的形狀嚴格限制為平板狀。只要各剛性元件的粘接面和阻尼器結構元件的粘接面(如果有的話)能保持平行或基本平行，某些或所有的剛性元件就可以具有相同外形或楔形。應注意的是，厚度各異的剛性元件的粘接面可以在相互之間保持平行或基本平行，或者，如果連接于剛性元件的各阻尼器結構元件上具有相配的或基本相配的表面結構，各剛性元件的粘接面也可以和阻尼器結構元件的粘接面平行或基本平行。
雖然較佳的阻尼元件(一個或多個)是制作成其剛性元件粘接面是基本平行(最好是平行)的，并且阻尼元件(一個或多個)或阻尼元件疊層(一個或多個)連接于阻尼器結構元件，從而使這些粘接面和阻尼器結構元件的任何粘接面保持基本平行(最好是平行)，最好還采取措施，使這些粘接面在復式阻尼器的工作過程中保持基本平行或平行。作用在阻尼器結構元件上的力可以導致它們相互離開，從而將阻尼元件的剛性元件或阻尼器結構元件拉離平行狀態。采用一撐桿或夾緊墊片，或者是任何其它的能使阻尼器結構元件的粘接面和/或剛性元件的粘接面在阻尼器工作過程中保持正確對準的裝置，就可以使所述粘接面保持基本平行或平行狀態。
各阻尼元件(阻尼元件(一個或多個)和/或阻尼元件疊層(一個或多個))應該位于阻尼器內，從而使施加于阻尼器結構元件(一個或多個)的機械能量被至少一個阻尼元件(如果有一個以上的話，最好是被所有的阻尼元件)至少部分地消散，較佳的是至少有大約10％被消散，更好的是至少有大約25％被消散，最好是至少有大約50％被消散。阻尼元件和阻尼器中的消能能力的計算一阻尼元件是設計成具有一特定的消能能力。對于帶有線性特性的一阻尼材料的阻尼元件而言，所述線性即一個單位輸入力會在阻尼材料內的整個輸入力作用的范圍內產生一個單位的位移，是用儲存剛度(k′)和損耗率(η)來表示一阻尼元件的消能能力。對某一諧波響應而言，每個周期內的消散能量(E元件)取決于E元件＝πx2k′η(40)式中x＝位移幅值；k′＝阻尼元件的儲存剛度η＝損耗率如果用整個復式阻尼器的儲存剛度和損耗率分別來代替k′和η的話，等式40還可以用來計算一復式阻尼器的消散能量。
首先來討論如圖1所示的一個具有兩個外剛性元件的阻尼元件的最簡單的實施例。圖1示出了一個由兩個外剛性元件2和6、一振動阻尼材料層4組成的阻尼元件，該阻尼元件內沒有內剛性元件層或者是將振動阻尼材料結合到兩個外剛性層上的粘合劑層。假設圖中所示的振動阻尼層和剛性元件之間的結合是靠熱粘接實現的。可以認為該元件具有一由下列公式限定的復合剛度(k元件)k元件＝k′元件+jk″元件(50)式中j=-1]]>k元件＝阻尼元件的復合剛度；k′元件＝阻尼元件的儲存剛度；以及
k″元件＝阻尼元件的損失剛度k″元件和k′元件的比值被定義為阻尼元件的損耗率。
圖1中所示的阻尼元件的復合剛度可以作為串聯連接的各單獨層的復合剛度來計算
=1k′R1+jk′′R1+1k′R2+jk′′R2+1k′D+jk′′D---(80)]]>式中kR1＝剛性元件2的復合剛度k′R1＝剛性元件2的儲存剛度k″R1＝剛性元件2的損失剛度kR2＝剛性元件6的復合剛度k′R2＝剛性元件6的儲存剛度k″R2＝剛性元件6的損失剛度kD＝振動阻尼層4的復合剛度k′D＝振動阻尼層4的儲存剛度k″D＝振動阻尼層4的損失剛度圖2示出的一阻尼模件具有標號為20的外剛性元件R1、標號為40外剛性元件RN、標號為24的內剛性元件R2、標號為28的內剛性元件R3、標號為36的內剛性元件RN-1該阻尼模件具有標號為22的振動阻尼材料層D1、標號為26的振動阻尼層D2、標號為30的振動阻尼層D3、標號為34的振動阻尼層DM-1、和標號為38的振動阻尼層DM。
在如圖2所示的一種熱粘接阻尼元件的通常情況下，它可包括任何數量的剛性元件層(N)和振動阻尼層(M)，各個層的復合剛度的串聯組合可以表達為
式中N＝該阻尼元件內剛性元件的數量(包括內和外剛性元件)M＝該阻尼元件內振動阻尼層的數量
由于阻尼元件的各剛性元件的復合剛度通常是選擇成對任何n和任何m而言都是
與振動阻尼層相比，剛性元件層對整個阻尼元件復合剛度的作用可以忽略不計。這可以簡化等式90，將其表示如下
因此
從以前在等式20和30中注意到的那樣，受剪切的單個振動阻尼材料層的復合剛度是kDm=G′DmADmhDm+j(G′′DmADmhDm)---(120)]]>式中kDm＝振動阻尼材料層的復合剛度G′Dm＝振動阻尼材料層的儲存剪切剛量G″Dm＝振動阻尼材料層的損失剪切剛量j=-1]]>
hDm＝振動阻尼材料層的厚度等式110和120可以用來調整一阻尼元件的復合剛度。例如，任何一個振動阻尼層的G′Dm、G″Dm和ADm的增大都會導致kDm和k元件的增大。同樣，任何一個振動阻尼層的hDm增大均能使kDm和k元件減小。因此，本技術領域的普通技術人員可以利用等式120，從而可以計算出粘合劑層對借助剛性元件層和振動阻尼層之間的粘接劑層構造而成的一個阻尼元件的復合剛度的影響。一旦知道了某一阻尼器的單個阻尼元件的復合剛度，就可以確定整個阻尼器的總的復合剛度。圖8、9和10示出了阻尼元件組合而形成一阻尼器的三種代表性的方式并聯(圖8)、串聯(圖9)、或者是并聯和串聯相結合(圖10)。其它結構也是可能的。如果各阻尼元件是在共同的接地點之間直接地或間接地剛性聯接，并且各阻尼元件(并聯設置的)在任何時候所受的位移與復式阻尼器本身所受的位移均相同時，就可以認為該復式阻尼器是由并聯設置的阻尼元件構成。圖12示出了各阻尼元件的位移絕對值(Δx)和整個阻尼器的位移絕對值(ΔX)。應注意圖12中的元件386和388是<p>k″元件＝阻尼元件的損失剛度k″元件和k′元件的比值被定義為阻尼元件的損耗率。
圖1中所示的阻尼元件的復合剛度可以作為串聯連接的各單獨層的復合剛度來計算
=1k′R1+jk′′R1+1k′R2+jk′′R2+1k′D+jk′′D---(80)]]>式中kR1＝剛性元件2的復合剛度k′R1＝剛性元件2的儲存剛度k″R1＝剛性元件2的損失剛度kR2＝剛性元件6的復合剛度k′R2＝剛性元件6的儲存剛度k″R2＝剛性元件6的損失剛度kD＝振動阻尼層4的復合剛度k′D＝振動阻尼層4的儲存剛度k″D＝振動阻尼層4的損失剛度圖2示出的一阻尼模件具有標號為20的外剛性元件R1、標號為40外剛性元件RN、標號為24的內剛性元件R2、標號為28的內剛性元件R3、標號為36的內剛性元件RN-1該阻尼模件具有標號為22的振動阻尼材料層D1、標號為26的振動阻尼層D2、標號為30的振動阻尼層D3、標號為34的振動阻尼層DM-1、和標號為38的振動阻尼層DM。
在如圖2所示的一種熱粘接阻尼元件的通常情況下，它可包括任何數量的剛性元件層(N)和振動阻尼層(M)，各個層的復合剛度的串聯組合可以表達為
式中N＝該阻尼元件內剛性元件的數量(包括內和外剛性元件)M＝該阻尼元件內振動阻尼層的數量<p>圖10示出了一個更為復雜的復式阻尼器，其中的阻尼元件H269和I264是并聯的，并且上部元件J268和下部元件K268是并聯的，但是元件H269和I264的復合剛度與元件J268和K268的復合剛度是串聯的。通常假設1)在阻尼器的阻尼元件和結構元件之間沒有滑移，以及2)阻尼器的結構元件和剛性元件是選擇成具有足夠的剛性，如圖10所示的阻尼器的最終的復合剛度是
本技術領域的一個普通技術人員可以將這個結果延伸計算出采用任何數量串聯和并聯的阻尼元件的一組合式阻尼器的復合剛度。將阻尼元件安裝到復式阻尼器內如圖1、圖4、圖13和圖14所示，當采用螺栓作為聯接裝置時，各阻尼元件通常是構造成外剛性元件具有不同的長度。例如，如圖13所示，可能有的內剛性元件通常具有和阻尼層相等的剪切面積。或者，各內剛性元件可以像圖4、圖6和圖14所示的那樣延伸得超過阻尼層，以便于阻尼元件在工作過程中散熱。通常，當采用螺栓時，外剛性元件具有不同的長度，因而在一個外剛性元件上的螺栓孔比另一個上的螺栓孔離開阻尼層遠，從而防止在將元件安裝到阻尼器上的過程中在螺栓之間產生干涉。
對于一個具有兩個外結構元件和一個中間結構元件的阻尼器而言，阻尼元件之一通常是首先和中間結構元件相連，由于阻尼元件的兩個外剛性元件有錯開的長度，所有可借助工具很方便地到達一個外剛性元件螺栓位置(在使用螺栓時)。然后，使阻尼器的一個外結構元件與阻尼元件的另一個外剛性元件相連。當在中間結構元件和另一個外結構元件之間插入一個或多個阻尼元件時，可以緊接著進行一類似的螺栓聯接操作。
將阻尼元件連接到阻尼器的結構元件上的各種裝置可以是例如螺母/螺栓、榫接、焊接、互鎖的表面結構、粘接，等等。每個特定的方法都是有利有弊的。例如，螺栓聯接可以令阻尼元件的安裝快速而方便。此外，在螺栓聯接時無需加熱，因而不會使阻尼材料層和所存在的任何粘合劑層發生軟化。螺栓聯接的一個缺點是，當阻尼元件和結構元件之間的摩擦力小于阻尼器所受的力時，由于存在螺栓孔的間隙，有時可能會在阻尼元件和結構元件之間發生滑移。
阻尼器內的滑移會降低阻尼器的效率，也就是它作為一阻尼器的能力。這種阻尼能力下降是因為當螺栓在螺栓孔的間隙內移動時，阻尼器的位移量沒有通過剛性元件傳遞至阻尼材料。緊配合的零件(即，阻尼元件和阻尼器結構元件)基本上把所有的能量輸入轉移到阻尼材料層(一個或多個)內，而松配合的零件將導致傳遞至阻尼材料層(一個或多個)的能量減少。在各剛性元件和結構元件內的彎曲還涉及一個何時用螺栓聯接的問題，這對所有阻尼元件的聯接方法而言都是一個有利害關系的問題。螺栓聯接的另一個不利之處是，外剛性元件需要延伸得超過阻尼層來進行螺栓聯接，因而增加了阻尼元件的長度。
因此，各阻尼元件通常都是先連接到阻尼器的中間結構元件上(當所制備的阻尼器如圖7、圖8、圖9、圖11、圖12、圖18和圖20所示的那樣具有三個結構元件時)，隨后再連接到外結構元件上。
各阻尼元件可以以不同的方式安裝到阻尼器上。如果欲將一阻尼元件安裝到兩個結構元件之間，該阻尼元件通常是這樣安裝的，即，阻尼元件的每個外剛性元件表面連接于不同的結構元件的表面。
如果要在一阻尼器的兩個結構元件之間串聯安裝三個阻尼元件，可將這些阻尼元件垂直疊放，并借助它們的外剛性元件相互連接，該疊層的暴露在外的頂部和底部外剛性元件連接于一單獨的結構元件。這可以參見圖11。
因此，第一阻尼元件的第一外剛性元件的表面與一第一結構元件的表面相連，而阻尼元件的第二外剛性元件的表面與第二阻尼元件的第一外剛性元件的表面相連。第二阻尼元件的第二外剛性元件的表面與第三阻尼元件的第一剛性元件的表面相連。然后第三阻尼元件的第二外剛性元件的表面連接于第二結構元件的一表面。
這樣，就可以在兩個結構元件之間連接兩個或多個垂直疊放并連接的阻尼元件。
另一種有代表性的情況是，當三個阻尼元件不是垂直疊放而是相互水平定位時，每個阻尼元件的第一外剛性元件的表面與第一結構元件的表面相連，而每個阻尼元件的第二外剛性元件的表面則連接于第二結構元件的一個表面。于是，這樣一些元件就構在所述阻尼器的所述第一和第二結構元件之間平行設置。
其它結構和數量的阻尼元件也是可能的。
焊接是一種相對比較容易的連接阻尼元件(一個或多個)的方法。只要焊接保持完整，由于在各剛性元件和結構元件之間的滑移量最小，所以阻尼效率的下降非常少。此外，可以不必為把阻尼元件安裝到阻尼器上而使外剛性元件延伸。焊接的一個不利之處在于，在焊接過程中產生的熱量會使阻尼材料層和/或粘合劑層的溫度升高，從而導致可能損壞粘接或阻尼材料的危險。
借助粘合劑將阻尼元件粘接到阻尼器中的優點在于，它使各阻尼元件的外剛性元件不大可能發生彎曲。還有一個優點是，無需讓外剛性元件延伸得超過阻尼層。用粘合劑粘接的一個很大缺點是，與其它的方法相比，它顯得更加困難和費時。這種阻尼器必須小心處理，直至粘合劑凝固或固化。
阻尼元件榫接的優點在于，與螺栓聯接相比，它可以減少滑移的發生。此外，借助榫接，可以很容易地把阻尼元件連接到阻尼器結構元件上。還有，不必為了連接阻尼元件而使剛性元件延伸。榫接的一個不利之處在于，需要在結構元件上精確地加工出榫接孔。榫接頭和榫接孔之間需要有一個非常精確的配合，這樣才能不降低阻尼效率。
在構造本發明的復式阻尼器時，阻尼元件(一個或多個)的外剛性元件可能發生的彎曲是一個必須加以考慮的因素。彎曲可能發生在當一個外剛性元件在阻尼器的工作過程中受到額外壓力載荷時(參見圖23a)。舉例來說，如圖23b所示，假設外剛性元件只在其一端與一結構元件相連，并且在剛性元件的另一端上施加了載荷P。剛性元件的彎曲臨界載荷(Pcr)可以用下列等式計算Pcr=π2EI4L2---(190)]]>式中I=wh312---(200)]]>w＝剛性元件的寬度h＝剛性元件的厚度L＝剛性元件的長度E＝剛性元件的彈性模量。
如果實際施加于剛性元件的載荷接近臨界彎曲載荷，那么就可以使剛性元件加厚、加寬或縮短，從而增大臨界載荷。剛性元件、結構元件和緊固件的強度一阻尼元件的外剛性元件，以及用于這些外剛性元件與一阻尼器結構元件和/或與另一阻尼元件的外剛性元件之間的機械緊固件的強度必須足以在所述元件之間傳遞作用力。在McGraw-Hill公司1989年出版的、由J.E.Shigley和C.R.Mischke撰寫的、第五次編輯出版的、《機械工程設計》第八章中可以找到有關螺栓聯接、榫接和鉚接接頭的討論。
每一種特定的螺栓(或榫接等)布置樣式都有其自身的優缺點，必須在所用的材料以及阻尼器的預期的最終用途的基礎上作出選擇。一種可能的螺栓布置樣式的代表性的例子是如圖15c所示，它包括若干個圍繞阻尼元件的外剛性元件周邊的螺栓。另一種可能的螺栓布置樣式的代表性的例子是，只在外剛性元件的寬邊上(圖15a)或長邊(圖15b)上設置了一系列螺栓。較佳的螺栓(或榫接等)結構取決于阻尼器的空間約束以及在工作過程中輸入至阻尼器的載荷情況。
在圖16a至16c中示出了類似的幾個用于焊接的例子。在圖16a中，整個寬邊被焊接起來，在圖16b中，整個長邊被焊接起來，而在圖16c中，圍繞外剛性元件的外周邊布置了多個焊接點。圖15d和15e示出了兩個具有代表性的榫接銷孔的布置情況。
在確定一螺栓結構時，必須考慮下列因素一剛性元件可能的彎曲、螺栓聯接中所包含各零件的尺寸(例如，各剛性元件和阻尼器結構元件可能必需加長和/或加寬以容納各螺栓孔)、螺栓的尺寸和數量必須足以產生足夠的摩擦以防止阻尼元件的各剛性元件相對阻尼器結構元件發生滑移；螺栓需便于進出，以進行安裝和拆除；并需要有一定的間隙，以便于阻尼元件的安裝和拆除。
圖17示出了一個通用的外剛性元件，它被分成區域564和566(長邊)、568和570(寬邊)和562(內部區域)。各邊緣和內部之間的邊界就是與相鄰阻尼層接觸的粘接表面的邊緣。應注意的是，每個阻尼元件都具有一內部區域，但邊緣區域并不一定總是存在，例如在圖5中，阻尼層和外剛性元件具有同樣的長度和寬度。然而，對任何一種普通的情況而言，只要是已經合理地考慮了前述所有的因素，聯接位置就可以選擇為在這些區域中的任何一個或多個內的任何一種布置樣式。此外，某一阻尼元件可以借助不同方法的任何組合來進行連接，如圖4所示，其中一個元件的外剛性元件是借助螺栓和榫接的組合來連接的。只要不超過阻尼器的尺寸約束以及螺栓和其它零件的設計載荷，就可以采用任何一種螺栓構造。類似的考慮也適用于其它的緊固方法。將復式阻尼器安裝到一結構上本發明的復式阻尼器可以用于多種結構，包括但不限于建筑物、橋梁、塔形建筑(例如水塔、設備塔，等等)、煙囪、機器、設備、地板、門面、車輛、碑石、雕像、雕塑、太陽能電池板、望遠鏡、桁梁、堤壩、房頂，等等。
本發明的復式阻尼器可以根據所需的阻尼效果而安裝在各種場合下需要阻尼的最終結構內。例如，該復式阻尼器可以通過其阻尼器結構元件而連接于要被阻尼的結構(例如一建筑物)的次級結構元件。然后，所述結構的次級結構元件通常直接和要被阻尼的結構的主結構元件相連。參見圖20，復式阻尼器通過其結構元件806和810連接于被阻尼結構的次級結構元件816、820和822。
文中所用的術語“主結構元件”指的是承接載荷的立柱、桁架、墻壁和上層結構的支柱。“次級結構元件”指的是介于各主結構元件和阻尼器結構元件之間的連接件。在沒有阻尼器的情況下，這些次級結構元件只承受因其自身重量而產生的載荷。
另一種安裝方法是，將阻尼器的各結構元件直接連接到被阻尼結構的主結構元件上。在這種情況下，通常需要阻尼器的結構元件比前一種情況更細長，這樣才可以讓它們觸及被阻尼結構的主結構元件。
本技術領域的熟練人員將會理解，還可以有其它的將本發明的復式阻尼器安置并定位于被阻尼結構的方法。
結合下列各附圖，可以更好地理解本發明。
圖1所示的一阻尼模件包括外剛性元件2和6，以及振動阻尼材料層4。為了便于將該組件安裝到一阻尼器中，外剛性元件6延伸得超過外剛性元件2。在外剛性元件2和6上設有若干個螺栓孔8。F1和F2表示作用于該阻尼模件的力。
圖3所示的一阻尼模件包括外剛性元件42，粘合劑層44和振動阻尼材料46。
圖4所示的一阻尼模件包括一外剛性元件52、一外剛性元件68、一在內部延伸的剛性元件60、振動阻尼材料層56和64。在剛性元件和振動阻尼材料層的界面之間采用了粘合劑層54。在外剛性元件52和68上設有若干個螺栓孔70和榫接孔78。
圖5所示的一阻尼模件包括外剛性元件86、振動阻尼材料層90和94。在剛性元件和振動阻尼材料層的界面之間設有粘合劑層88。
圖6所示的一阻尼模件包括外剛性元件104、帶有修圓邊緣的振動阻尼材料層106。在振動阻尼材料層106之間粘接了一內剛性元件層108。該內剛性元件延伸得超過阻尼層106和外剛性元件104。
圖7示出了本發明之復式阻尼器的一個實施例。該阻尼器包括外結構元件114和中間結構元件116。該阻尼器還包括借助若干個螺栓150、螺母151和榫接頭161和162而連接在外結構元件114和中間結構元件116之間的各阻尼元件117。每個阻尼元件117包括外剛性元件140、內剛性元件142和振動阻尼材料層144。兩個外結構元件114通過撐桿122和螺栓158相互連接。該兩外結構元件114還連接于主結構元件120。撐桿122和124穿過中間結構元件116的孔160。
雖然在這里表示出來的阻尼元件117是相同的，但每個單獨的阻尼元件117可以有不同的剛度值。例如，其中兩個元件可以都具有5個單位的剛度，另兩個元件可以都具有10個單位的剛度，而剩下的兩個阻尼元件可以都具有50個單位的剛度，于是，如果設置在中間結構元件116兩相對側的阻尼元件117具有相同的剛度，那么在中間結構元件每一側上的剛度就是65個單位。
圖8所示的一復式阻尼器具有外結構元件166和和內結構元件168。該阻尼器還包括用螺栓連接在內結構元件168和外結構元件166之間的阻尼元件172、176和174。阻尼元件172包括外剛性元件180、內剛性元件182和粘接在剛性元件之間的振動阻尼材料層184。阻尼元件176包括外剛性元件190和粘接在其間的振動阻尼材料層192。阻尼元件174包括外剛性元件196、內剛性元件200和振動阻尼材料層198。所有阻尼元件上的外剛性元件都延伸得超過振動阻尼材料層和任何的內剛性元件(如果有的話)，以便將阻尼元件用螺栓216聯接至內結構元件168和外結構元件166。撐桿124穿過內結構元件168上的孔160，并借助螺栓158連接于外結構元件166。
圖9示出了一種由“串聯”阻尼器組件構造而成的復式阻尼器，它包括外結構元件226和248、內結構元件234、以及阻尼元件227和237。阻尼元件227借助螺栓250聯接在外結構元件226和內結構元件234之間，該阻尼元件包括外剛性元件228、以及粘接在其間的振動阻尼材料層230。外剛性元件228延伸得超過振動阻尼材料層230。阻尼元件237包括外剛性元件246、內剛性元件240、以及粘接在各剛性元件之間的振動阻尼材料層238。每個外剛性元件246都延伸得超過內剛性元件240和振動阻尼材料238。
圖10所示的一復式阻尼器包括外結構元件254和內結構元件258。阻尼模件264和268借助螺栓255聯接在兩結構元件之間。阻尼模件264包括外剛性元件272、以及粘接在其間的振動阻尼材料層274。阻尼模件268包括外剛性元件286、內剛性元件290、以及粘接在其間的振動阻尼材料層288。對所有阻尼元件269，264和268而言，外剛性元件272和286均延伸得超過內剛性元件290(如果有的話)和振動阻尼材料層274和288。撐桿124中的兩根穿過內結構元件258中的孔160而連接于外結構元件254。
圖11所示的一復式阻尼器包括外結構元件308、中間結構元件310、以及焊接在其間的阻尼元件314和316。阻尼元件314是通過焊縫344焊接到結構元件308和阻尼元件316上的。阻尼元件316也通過焊縫344焊接于中間結構元件310。阻尼元件314包括外剛性元件334、內剛性元件338、以及粘接在其間且厚度不同的振動阻尼材料層336和340。阻尼元件316包括外剛性元件346、以及粘接在其間的振動阻尼材料層347。外結構元件308通過螺栓326和撐桿324相互連接。撐桿324經過孔160穿過結構元件310。撐桿324是為了使外結構元件在阻尼器的工作過程中保持平行。
圖12所示的一復式阻尼器包括外結構元件380和384、內結構元件382、以及通過焊縫408焊接于其間的阻尼元件386和388。阻尼元件386包括外剛性元件386、以及粘接在其間的振動阻尼材料層390。阻尼元件388包括外剛性元件394、以及粘接在其間的振動阻尼材料層390。F1表示作用于外結構元件380的力。F2表示作用于外結構元件384的力。F3表示作用于內結構元件382的力。Δx表示每個阻尼模件386和388的兩個外剛性元件394之間的相對位移。ΔX表示復式阻尼器的中間結構元件382和外結構元件380和384之間的相對位移。
圖13所示的一阻尼模件包括外剛性元件420和432、以及粘接在其間并交替設置的振動阻尼材料層422和剛性元件428。外剛性元件420以及延伸得超過外剛性元件420的外剛性元件432上都具有螺栓孔436。
圖14所示的一阻尼模件包括外剛性元件450和451、以及交替設置的振動阻尼材料層452和內剛性元件454。內剛性元件454延伸得超過振動阻尼材料層452。外剛性元件450和451均包含螺栓孔472和榫接孔480。
圖15a-c示出了各種具有代表性的阻尼元件的螺栓聯接構造。
圖15a示出了一個阻尼元件496，它具有一外剛性元件490，只沿著該剛性元件的端部設置了若干個螺栓孔492。
圖15b示出了一個阻尼元件，它具有一外剛性元件502，只沿著該剛性元件的側邊設置了若干個螺栓孔500。
圖15c示出了一個阻尼元件，它具有一外剛性元件506，沿著該剛性元件的端邊和側邊設置了若干個螺栓孔504。
圖15d-e示出了用于一阻尼元件的榫接布置樣式。
圖15d示出了一個阻尼元件，它具有一外剛性元件520，該剛性元件上設有若干行式樣的榫接銷孔522。
圖15e示出了一個阻尼元件，它具于一外剛性元件532，該剛性元件上設有若干交錯行式樣的榫接銷孔530。
圖16a-c示出了用于一阻尼元件的焊接布置樣式。
圖16a示出了一阻尼元件，它具有一外剛性元件540，該剛性元件上具有連續的焊接端542。
圖16b示出了一阻尼元件，它具有一外剛性元件550以及連續的側邊焊縫548。
圖16c示出了一阻尼元件，它具有一外剛性元件556以及圍繞端部和側邊的點焊部分554。
圖17示出了一外剛性元件563，它具有內部562以及邊緣564、566、568和570。
圖18所示的一復式阻尼器包括外結構元件708、一內部T形的內結構元件702、以及連接在其間的阻尼元件704。每個阻尼元件704包括交替設置的剛性元件712以及粘接在其間的振動阻尼材料層714。該阻尼器可以通過螺栓孔710連接于被阻尼的結構。
圖19所示的復式阻尼器具有一種“管狀”的結構，它包括外結構元件594、內結構元件598、以及連接在其間的阻尼元件584。每個阻尼元件584均包括外剛性元件602、內剛性元件606、以及粘接在其間的振動阻尼材料層604。
圖20所示的一復式阻尼器包括外結構元件810、中間結構元件806、以及借助螺栓和榫接而連接在其間的阻尼模件812。阻尼模件812包括外剛性元件814和振動阻尼材料層815。支承元件820固定在外結構元件810之間。次級結構元件822可將支承元件820固定于連接在梁800上的聯接板816。中間結構元件806連接于和梁800相連的聯接板816。撐桿809穿過中間結構元件806上的孔160，并借助螺栓與外結構元件810相連。
圖23a示出了一個簡單的發生彎曲的情況，其中的剛性元件粘接于阻尼層902。該剛性元件有長邊910、寬邊914和厚度912，借助穿過螺栓孔904的螺栓906而連接于阻尼器結構元件(未示)。分布載荷916是作用在阻尼層的整個剪切面積上。
圖23b示出的是圖23a所示情況的一個模型，力P作用在與接地點910連接的一個簡單支承的剛性元件908上。
圖24所示的一復式阻尼器包括槽鋼型外結構元件980；方管梁型內結構元件986；若干個阻尼元件，它們包括外剛性元件990、外振動阻尼材料層992、以及將外剛性元件連接到方管梁型內結構元件986上的緊固件994。撐桿982穿過方管梁型內結構元件986上的孔160，并借助緊固件988與槽鋼型外結構元件980相連。
圖25所示的本發明的復式阻尼器包括“I”形梁外結構元件950；內結構元件956；若干個阻尼元件，它們包括外剛性元件958、振動阻尼材料層962、以及粘合劑層964。焊縫960用于將各阻尼元件通過外剛性元件958而連接于外結構元件950。撐桿954穿過內結構元件956上的孔160，并借助緊固件952連接于外結構元件950。測試方法采用下列測試方法。阻尼器的動力測試將本發明的一復式阻尼器安裝在測力傳感器和一能從明尼蘇達州埃登普萊里的MTS系統公司購得的大型動力測試機的驅動器之間，使復式阻尼傳感器的中間結構元件連接于測力傳感器，而阻尼器的外結構元件則連接于所述驅動器。所述測試機具有下列構件一311.31型的載荷框架、一445型的控制器、一204.41型的驅動器、以及一可從密執安州奧克公園的Lebow Associates公司購得的3317106型測力傳感器。
使用驅動器，使兩個外結構元件以一個0.5赫茲的正弦波形式同步地位移5個周期。一阻尼元件的兩個外剛性元件之間的位移以及中間結構元件與一個外結構元件之間的位移可以借助從新澤西州潘薩肯的Schaevitz Engineering購得的線性變化的位移傳感器(LVDT)GCD-121-1000型來測量。來自測力傳感器和LVDT的輸出信號被反饋給可從威斯康星州邁迪森的Nicolet儀器公司購得的Nicolet420型數據采集系統，從中可以獲得力-位移的曲線圖。例子下面的例子進一步描述了本發明，但并不對本發明有任何的限制。在這些例子中所有的零件、百分比、速率等以及其它規格都是用重量表示的，除非另有說明。例子1圖26a、圖26b和圖26c中所示的本發明一復式阻尼器是用如下方法制備的。
首先，組裝兩個阻尼元件1002，每個阻尼元件均包括外剛性元件1004和1009、兩個內剛性元件1008、夾設在它們中間的三個阻尼材料層1006、以及所有界面之間的粘合劑層1003。
兩個外剛性元件1004和1009是美國鋼鐵研究院(AISI)1020熱軋鋼板。第一外剛性元件鋼板1009的長度是24.00英寸(610mm)，寬度是12.00英寸(305mm)，厚度是0.47英寸(11.9mm)。在每一端上鉆設了四個1又1/16英寸(27mm)直徑的螺栓孔，它們在一個與鋼板的寬度方向邊緣平行的排中以3英寸(76.2mm)等距離地間隔。這些孔中的第一個處在一個離開長邊1.50英寸(38.1mm)、離開寬邊1.50英寸(38.1mm)的位置上。第二外剛性元件1004的長度是19.50英寸(495mm)，寬度是12.00英寸(305mm)，厚度是0.97英寸(24.6mm)。在1004件的每一端上鉆設了四個7/8英寸(22.2mm)直徑的螺栓孔，它們在一個與鋼板的寬度方向平行的排中以2.62英寸(66.5mm)等距離地間隔，并以每英寸8圈螺紋攻出螺孔。這些孔中的第一個處在一個離開長邊2.07英寸(52.6mm)、離開寬邊1.50英寸(38.1mm)的位置上。每個剛性元件一側的主表面被磨制成具有0.005英寸(0.127mm)的平面度，并具有63微英寸(2.5×10-3mm)的測量粗糙度。由于采用了尺寸不同的外剛性元件，所以剛性元件1009可延伸得超過剛性元件1004，以便用螺栓聯接到阻尼器結構元件1000、1001和1028上。借助可從市場上購得的去油脂溶劑對外鋼板1004和1009的平整且光滑的表面加以清潔處理，并加以磨光而暴露出一金屬表面以備粘接。
兩塊內剛性元件1008是寬度為12英寸(305mm)、長度為15英寸(381mm)、厚度為1/8英寸(3.2mm)的AISI 1020熱軋鋼板。每個剛性元件一側的主表面被磨制成具有0.005英寸(0.127mm)的平面度，并具有63微英寸(2.5×10-3mm)的測量粗糙(光整)度。借助可從市場上購得的去油脂溶劑對該兩剛性元件的平整且光滑的表面加以清潔處理，并在粘接之前加以磨光。
三個振動阻尼材料層1006的厚度都是0.53英寸(13.5mm)，寬度都是12英寸(305mm)，長度都是15英寸(381mm)。所采用的阻尼材料是可以從明尼蘇達州圣保羅的3M公司購得的ScotchdampTMSJ2015X109型產品。在粘接之前，該粘彈阻尼材料的每個主表面都用一研磨板產生紋理。
將可以從明尼蘇達州圣保羅的3M公司購得的一種雙部環氧粘合劑，Scotch-WeldTMDP-460粘合劑加以混合，并把它涂覆到第一金屬板1009的干凈且磨光過的表面上以及振動阻尼材料層1006的已處理的一個表面上。將阻尼層的涂覆有粘合劑的表面與金屬板的涂覆有粘合劑的表面粘接起來，從而形成粘合層1003。必須仔細地防止有空氣夾帶入粘合層之中。采用類似的方式，在其余的阻尼元件層之間形成粘接，把每個層都加以層疊，直至施加第二外剛性元件板1004。應注意的是，在這個加工過程中不能超過環氧樹脂的工作壽命。將如圖26c所示的已完成的疊層放到一夾具內，以使各層在環氧樹脂的固化過程中保持各層正確的對準。隨后，在大約72°F(22℃)和40％的相對濕度下，將該阻尼元件在5磅/平方英寸(3.5×104帕斯卡)壓力下加壓達兩小時。在延伸出來的外剛性元件1004和1009之間的每一端上設定一壓止點，從而使阻尼元件1002的總厚度為3.37英寸(85.6mm)。
每個外結構元件1000和1001均為AISI 1020熱軋鋼板，它是20.7磅/英尺(30.9kg/m)的結構槽鋼，寬度為12英寸(305mm)，長度為37.62英寸(966mm)。如圖26b所示，這些外結構元件1000和1001的一端被切割成一個45°的斜角。在平行于結構元件1000和1001的寬邊的位置上鉆設了四排孔，以便容納連接螺栓1010和撐桿螺栓1016。第一排撐桿螺栓孔處在與槽鋼的斜角端相距3.00英寸(76.2mm)的位置上。在兩個零件上，這兩個直徑為13/16英寸(20.6mm)的孔相互之間的距離是7英寸(179mm)，與長邊的間隔是2.50英寸(63.5mm)。第二排撐桿螺栓孔處在與1000和1001件的斜角端相距32.12英寸(816mm)的位置上，這兩個孔相互之間的距離是7英寸(179mm)，與每個長邊的間隔是2.50英寸(63.5mm)。此外，在距離1000和1001的斜角端7.06英寸(179mm)和28.06英寸(713mm)的位置上各設置了一排螺栓孔，以接納螺栓1010。在兩個零件上，每一排孔中均包括四個直徑為1又1/16英寸、以2.26英寸(66.5mm)等距離間隔、并與長邊間隔2.07英寸(52.6mm)的孔。
中間結構元件1028是一AISI 1020熱軋鋼板，其寬度是12英寸(305mm)，長度為38.38英寸(975mm)，厚度為1英寸(25.4mm)，并帶有與前述的第一外剛性元件1009相同的螺栓孔。此外，在元件1028的一端上鉆設了一排四個等距離間隔的1又1/16英寸(27.0mm)直徑的用于測試設備的測力傳感器的連接孔1020。這些孔的相互間隔是3英寸(76.2mm)，與寬邊的間距是1.37英寸(34.8mm)，與長邊的間距是1.50英寸(38.1mm)。該中間結構元件1028還具有四個平行于長邊的槽口1018，其寬度為1.03英寸(26.2mm)，長度為5.03英寸(128mm)，并在每一端上帶有一半徑為0.52英寸(13.2mm)的圓角。這些槽口1018可使各撐桿螺栓1016在阻尼器的工作過程中相對1028移動。槽口1018中的兩個的中心線相隔為7英寸(178mm)，離開元件1028的長邊2.50英寸(63.5mm)，離開其與測力傳感器連接孔1020相對的那一寬邊的距離是3.5英寸(8.9mm)。類似地，其余的兩個槽口1018相隔7英寸(178mm)，其中心線與第一組槽口中心線的間距是29.12英寸(740mm)，與結構元件1028的長邊的距離是2.50英寸(63.5mm)。
用AISI 1018冷軋鋼板制作了四個1英寸(25.4mm)直徑的撐桿螺栓1016。每個螺栓的總長度是10.23英寸(260mm)，撐桿表面之間的距離是7.74英寸(197mm)。在撐桿1016的兩端設有螺紋，其直徑為3/4英寸(19.1mm)，每英寸有10圈螺紋，從螺栓的端部起有1.26英寸(32.0mm)的螺紋長度。
該阻尼器是用下列方式組裝的。通過一焊縫1030，把一個長20.00英寸(508mm)、寬15.50英寸(394mm)、厚2英寸(51mm)的鋼板1022的一端連接于外結構元件1000的非斜角端，從而提供一個用于將阻尼器連接于測試機驅動器的法蘭板。在該法蘭板上鉆設了四個孔1024，各個孔都處在該板的一個角落上，離開各邊2.25英寸(57.2mm)的位置上。法蘭板1022和結構元件1000的相互位置是，元件1000的平整側與法蘭板的20.00英寸(508mm)邊緣之間的距離是4.00英寸(102mm)，并在該邊緣的整個長度上都是對中的。
將第一阻尼元件1002放到已經焊接于法蘭板1022的外結構元件1000的平整側面上。阻尼元件的外剛性元件1004內的螺栓孔與1000內的螺栓孔對準。將若干個直徑為1英寸(25.4mm)、8圈螺紋/英寸且螺紋長1.5英寸(38mm)、等級5的電鍍碳鋼螺栓1010插入到元件1000的鉆出的螺栓孔內，并插入元件1004上的螺紋孔，用一個氣動扭矩扳手擰緊。接著，將中間結構元件1028放到阻尼元件1002上，并使螺栓孔對準。同樣地，將第二阻尼元件1002元件放到1028上并與之對準，第二阻尼元件1002的外剛性元件1009與元件1028接觸。采用與前述相類似但是長度為3又1/4英寸(82.6mm)的螺栓1012及英寸(25.4mm)六角螺母，使外剛性元件1009和中間結構元件1028可松動地結合。將一撐桿螺栓1016穿過1028件上的各槽口1018，并穿過元件1000上的撐桿螺栓孔，與一3/4英寸(19.1mm)的六角螺母1026螺旋配合，并借助一氣動扭矩扳手擰緊到位。隨后，將第二外結構元件1001放到第二阻尼元件1002上，其平整的平面與第二阻尼元件1002的元件1004相接觸，于是所有的螺栓孔就可以和阻尼元件1002上的相配孔以及撐桿螺栓的螺紋端對準。螺栓1010和六角螺母1026是借助一氣動扭矩扳手來施加并擰緊的。將所有其它的螺母1014都擰緊。最后，將第二外結構元件1001的非斜角端通過焊縫1032焊接到法蘭板1022上。
將該復式阻尼器插入到測試設備中，并按照上文所述的“阻尼器動力測試”方法進行測試。測試是在70°F(21℃)溫度下進行的。最大的位移幅度是0.3英寸(7.6mm)。該阻尼器在每個周期中消散的力能量大約是30,000磅-英寸(3，500 N-m)。在圖21和圖22中，用圖線表示了試驗結果。圖21表示兩阻尼元件之一的兩個外剛性元件之間的位移與阻尼器內所受力之間的關系。圖22表示中間結構元件和一個外結構元件之間的位移與阻尼器內所受力之間的關系。每個橢圓環內的面積表示位移的一個周期內所消散的能量。圖21和22說明了類似的力-位移環和能量消散能力。這表示阻尼器元件和阻尼器結構元件之間的連接是是好的，并且在這種測試條件下不發生滑移。
雖然上面已結合若干個具體的實施例對本發明作了描述，但應該理解，還是可以進一步的修改。所附的權利要求旨在涵蓋那些本技術領域的熟練人員在本發明基礎上作出的種種等價的變化。
權利要求
1.一種復式阻尼器，包括兩個或多個結構元件，每個結構元件均連接于從由一個或多個阻尼元件、一個或多個阻尼元件疊層以及它們的組合所構成的組中加以選擇的至少一個阻尼元件，其中，每個阻尼元件單獨地包括(i)兩個外剛性元件；(ii)介于兩個外剛性元件之間的至少一層振動阻尼材料；(iii)處在所述外剛性元件內的、可選擇的一個或多個內剛性元件，其中，所述阻尼元件內的各剛性元件可借助至少一層振動阻尼材料而與另一剛性元件分開；以及(iv)介于任何一個剛性元件和一個或多個振動阻尼材料層之間的、可選擇的一個或多個粘合劑層；其中，每個所述阻尼元件疊層包括兩個或多個相互連接的阻尼元件；其中，所述各外剛性元件、所述各結構元件以及可能有的各內剛性元件的剪切模量大于所述一個或多個振動阻尼材料層的剪切模量，其中，每個結構元件均通過至少一個阻尼元件與至少另一個結構元件相連，以及其中，所述一個或多個阻尼元件的定位使得施加于所述一個或多個阻尼器結構元件的機械能量可借助至少一個阻尼元件至少部分地消散。
2.一種復式阻尼器，包括兩個或多個結構元件，以及從由一個或多個第一阻尼元件構成的組中加以選擇的至少一個阻尼元件，每個第一阻尼元件均單獨地包括(i)一外剛性元件；(ii)一連接于所述外剛性元件的振動阻尼材料外層，在離所述外剛性元件最遠的所述振動阻尼材料外層的側面上可選擇地設有一粘合劑層；(iii)處在所述外剛性元件和所述振動阻尼材料外層之間的、可選擇的一個或多個內剛性元件，其中，所述第一阻尼元件內的各剛性元件借助至少一層振動阻尼材料而與另一剛性元件分開；以及(iv)介于任何一個剛性元件以及一個或多個振動阻尼材料層之間的、可選擇的一個或多個粘合劑層；并且所述可選擇的一個或多個阻尼元件是從由一個或多個第二阻尼元件、一個或多個第二阻尼元件疊層以及它們的組合所構成的組中選擇的；其中，每個第二阻尼元件均單獨地包括(i)兩個外剛性元件；(ii)介于兩個外剛性元件之間的至少一層振動阻尼材料；(iii)處在所述外剛性元件內的、可選擇的一個或多個內剛性元件，其中，所述阻尼元件內的各剛性元件借助至少一層振動阻尼材料而與另一剛性元件分開；以及(iv)介于任何一個剛性元件和一個或多個振動阻尼材料層之間的、可選擇的一個或多個粘合劑層；其中，每個第二阻尼元件疊層均包括兩個或多個相互連接的第二阻尼元件；其中，所述各外剛性元件、所述各結構元件以及可能有的各內剛性元件的剪切模量大于所述一個或多個振動阻尼材料層的剪切模量，其中，每個結構元件均通過至少一個阻尼元件與至少另一個結構元件相連，以及其中，所述一個或多個阻尼元件的定位使得施加于所述一個或多個阻尼器結構元件的機械能量可借助至少一個阻尼元件至少部分地消散。
3.如權利要求1或2所述的復式阻尼元件，其特征在于，所述一個或多個阻尼元件是通過一連接裝置與各結構元件相連，所述連接裝置是從由螺栓、榫接、焊接、粘合劑、互鎖的表面結構等構成的組中加以選擇的。
4.如權利要求1或2所述的復式阻尼元件，其特征在于，每個所述阻尼元件均具有一個或多個厚度為約1.5mm至127mm左右的振動阻尼材料。
5.如權利要求1或2所述的復式阻尼元件，其特征在于，所述各結構元件是從由I形梁、T形梁、槽鋼、角撐、金屬平板、以及管件等構成的組中加以選擇的。
6.如權利要求1或2所述的復式阻尼元件，其特征在于，所述阻尼元件的各剛性元件是從由桿狀物、棒狀物、板狀物、I形梁、T形梁、槽鋼、角撐和管段等構成的組中加以選擇的。
7.如權利要求1或2所述的復式阻尼元件，其特征在于，所述各結構元件、各外剛性元件以及可能有的各內剛性元件的剪切模量至少比振動阻尼材料層大10倍左右。
8.一種結構，它具有至少一個如權利要求1或2所述的復式阻尼元件。
9.如權利要求1或2所述的結構，其特征在于，所述復式阻尼器是通過其結構元件而連接于所述結構的次級結構元件，其中，所述結構的次級結構元件還連接于所述結構的主結構元件。
10.如權利要求1或2所述的結構，其特征在于，所述復式阻尼器通過其結構元件連接于所述結構的主結構元件。
全文摘要
本發明提供了一種復式阻尼器,它包括一個或多個安裝在阻尼器結構內的單獨的阻尼器元件。該阻尼器可用于例如建筑物或橋梁等的阻尼結構之中。
文檔編號F16F7/00GK1191003SQ96195645
公開日1998年8月19日 申請日期1996年6月11日 優先權日1995年7月21日
發明者J·T·韋格魯斯基, 賴明來 申請人:美國3M公司