專利名稱：螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于土木工程及機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種螺旋槳式形狀記憶合
金抗扭轉(zhuǎn)耗能器。
背景技術(shù)：
在不確定的強(qiáng)風(fēng)及地震作用下，僅依靠結(jié)構(gòu)本身的性能來(lái)儲(chǔ)存和消耗外部能量， 常常不能滿足安全性的要求，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)為工程結(jié)構(gòu)的防災(zāi)減災(zāi)提供了一條合理有 效的途徑。與主動(dòng)、半主動(dòng)控制方式相比，被動(dòng)耗能減振技術(shù)相對(duì)較成熟，然而作為一種長(zhǎng) 期使用的控制裝置，耐久性和耐腐蝕性是目前耗能器中普遍存在的問(wèn)題，如粘彈性阻尼器 易于老化，粘滯阻尼器較難維護(hù)，摩擦阻尼器在長(zhǎng)期使用時(shí)可靠性較差，軟鋼阻尼器有塑性 殘余變形等。 此外，大量的震害分析表明，許多工程結(jié)構(gòu)的破壞是由扭轉(zhuǎn)振動(dòng)產(chǎn)生的，從國(guó)內(nèi)外 實(shí)際震害經(jīng)驗(yàn)可以得出，地震時(shí)引起結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的原因一是由于地面質(zhì)點(diǎn)間運(yùn)動(dòng) 的差別，可使地面的每一部分不僅產(chǎn)生平動(dòng)分量，而且也產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)分量。這種轉(zhuǎn)動(dòng)分量迫使 結(jié)構(gòu)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；二是結(jié)構(gòu)的質(zhì)量中心和剛度中心不重合，地震時(shí)作用在質(zhì)量中心的慣 性力將對(duì)剛度中心產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，迫使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平移扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的空間振動(dòng)。在機(jī)械工程領(lǐng) 域，不利的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)更是非常常見(jiàn)。 形狀記憶合金是一種新型功能材料，具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性和耐疲勞特性，利
用形狀記憶合金的超彈性特性制作的被動(dòng)耗能器可以克服上述問(wèn)題。但現(xiàn)有的形狀記憶合
金消能器主要利用奧氏體形狀記憶合金的阻尼特性，耗能能力有限，且目前研制開(kāi)發(fā)的耗
能器，通常僅具有軸向耗能減振能力，本身不易實(shí)現(xiàn)工程中的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制。 因此，開(kāi)發(fā)一種具有抗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能力、高阻尼特性、且具有自復(fù)位能力的耗能器對(duì)
土木工程結(jié)構(gòu)抵御地震災(zāi)害及機(jī)械工程減小不利的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器，其目的是解決現(xiàn)有 被動(dòng)耗能器有殘余變形、耐久性差、僅具有軸向減振能力以及耗能能力有限等問(wèn)題。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器，主要由上法蘭螺栓孔、上法蘭、馬氏體形狀 記憶合金耗能環(huán)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸凸起、奧氏體形狀記憶合金絞線、固緊螺栓、鋼筒、滑槽、下法蘭 螺栓孔和下法蘭組成。主要技術(shù)方案為四個(gè)橢圓型鋼制凸起均勻焊接在鋼制轉(zhuǎn)軸上，第1 和第3鋼制凸起相互平行，第2和第4鋼制凸起相互平行，第1、3和第2、4鋼制凸起相互垂 直；每個(gè)鋼制凸起都套有馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)，沿每個(gè)馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán) 長(zhǎng)軸的兩端各連接三根奧氏體形狀記憶合金絞線，奧氏體形狀記憶合金絞線穿過(guò)鋼筒，通 過(guò)固緊螺栓將奧氏體形狀記憶合金絞線預(yù)拉伸應(yīng)變至其超彈性平臺(tái)的中點(diǎn)；鋼制轉(zhuǎn)軸的上 端與上法蘭連接，下端插入下法蘭的鋼制滑槽，下法蘭與鋼筒的下端連接；通過(guò)上法蘭和下法蘭將耗能器固定在結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)控制的部位。 當(dāng)上、下法蘭發(fā)生相對(duì)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼制凸起將會(huì)擠壓馬氏體形狀記憶合金耗能 環(huán)引起其形變耗能，兩者相互運(yùn)動(dòng)時(shí)也能夠相互摩擦耗能，且在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中奧氏體形 狀記憶合金絞線始終處于拉伸狀態(tài)，提供了大變形恢復(fù)能力，這三部分將共同提供強(qiáng)大的 抗扭轉(zhuǎn)耗能能力，以抑制結(jié)構(gòu)在平面內(nèi)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；當(dāng)振動(dòng)結(jié)束時(shí)，奧氏體形狀記憶合金絞 線將會(huì)使耗能器自動(dòng)恢復(fù)到初始位置。 本實(shí)用新型的效果和益處體現(xiàn)在綜合利用了奧氏體形狀記憶合金的超彈性自復(fù) 位能力和馬氏體形狀記憶合金的高阻尼特性和以及摩擦來(lái)共同耗能，大幅提高了耗能器的 耗能能力；且該耗能器可恢復(fù)變形大、具有較好的抗腐蝕、抗疲勞性，維護(hù)費(fèi)用低、構(gòu)造簡(jiǎn) 單、安裝方便，將會(huì)廣泛的應(yīng)用到土木工程及機(jī)械工程技術(shù)領(lǐng)域。

圖1是螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器的俯視圖。 圖2是螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器的側(cè)立面圖。 圖3是圖1中螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器的A-A剖面圖。 圖4是圖2中螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器的B-B剖面圖。 圖中l(wèi).上法蘭螺栓孔；2.上法蘭；3.馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)；4.轉(zhuǎn)軸； 5.轉(zhuǎn)軸凸起；6.奧氏體形狀記憶合金絞線；7.固緊螺栓；8.鋼筒；9.滑槽；10.下法蘭螺栓 孔；ll.下法蘭。
具體實(shí)施方式以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本實(shí)用新型的實(shí)施步驟。 步驟1.對(duì)工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，計(jì)算出所要控制的扭轉(zhuǎn)力大小，根據(jù)所要達(dá)到的性 能要求，確定耗能器的尺寸及參數(shù)。 步驟2.在鋼制轉(zhuǎn)軸4的上面均勻焊接四個(gè)橢圓型鋼制凸起5，第1和第3鋼制凸 起相互平行，第2和第4鋼制凸起相互平行，第1、3和第2、4鋼制凸起相互垂直。 步驟3.制作四個(gè)馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)3，每個(gè)馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán) 3的周長(zhǎng)與制凸起5的周長(zhǎng)相等，在每個(gè)馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)3長(zhǎng)軸的兩端各連接三 根奧氏體形狀記憶合金絞線6，然后將奧氏體形狀記憶合金絞線6穿過(guò)鋼筒8，并通過(guò)固緊 螺栓7將奧氏體形狀記憶合金絞線6張拉到所需的初始應(yīng)變。 步驟4.在下法蘭11的中心處焊接一個(gè)鋼制滑槽9，鋼制滑槽9的內(nèi)徑與轉(zhuǎn)軸4的 外徑相同；將四個(gè)馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)3分別套在轉(zhuǎn)軸4的四個(gè)鋼制凸起5上，然后 將轉(zhuǎn)軸4的上端焊接到上法蘭，下端插入鋼制滑槽9中，并將下法蘭11焊接到鋼筒8。 步驟5.通過(guò)上法蘭螺栓孔1和下法蘭螺栓孔IO，采用高強(qiáng)螺栓將耗能器安裝在需 要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)振動(dòng)控制的部位。
權(quán)利要求一種螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器，主要由上法蘭螺栓孔(1)、上法蘭(2)、馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)(3)、轉(zhuǎn)軸(4)、轉(zhuǎn)軸凸起(5)、奧氏體形狀記憶合金絞線(6)、固緊螺栓(7)、鋼筒(8)、滑槽(9)、下法蘭螺栓孔(10)和下法蘭(11)組成；其特征在于四個(gè)橢圓型鋼制凸起(5)均勻焊接在轉(zhuǎn)軸(4)上，第1和第3凸起(5)相互平行，第2和第4凸起(5)相互平行，第1、3和第2、4凸起(5)相互垂直；每個(gè)凸起(5)都套有馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)(3)，沿每個(gè)馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)(3)長(zhǎng)軸的兩端各連接三根奧氏體形狀記憶合金絞線(6)，奧氏體形狀記憶合金絞線(6)穿過(guò)鋼筒(8)，通過(guò)固緊螺栓(7)將奧氏體形狀記憶合金絞線(6)預(yù)拉伸應(yīng)變至其超彈性平臺(tái)的中點(diǎn)；轉(zhuǎn)軸(4)的上端與上法蘭(2)連接，下端插入下法蘭(11)的滑槽(9)，下法蘭(11)與鋼筒(8)的下端連接；通過(guò)上法蘭(2)和下法蘭(11)將耗能器固定在結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)控制的部位。
專利摘要一種螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉(zhuǎn)耗能器，主要由上法蘭、馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)、轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)軸凸起、奧氏體形狀記憶合金絞線、固緊螺栓、鋼筒、滑槽和下法蘭組成。其特征在于四個(gè)橢圓型鋼制凸起均勻焊在轉(zhuǎn)軸上，1和3凸起平行，2和4凸起平行，1、3和2、4凸起相互垂直；每個(gè)凸起都套有馬氏體形狀記憶合金耗能環(huán)，沿每個(gè)耗能環(huán)長(zhǎng)軸的兩端各連接的三根奧氏體形狀記憶合金絞線穿過(guò)鋼筒，通過(guò)固緊螺栓將其拉伸至超彈性平臺(tái)的中點(diǎn)；轉(zhuǎn)軸上端與上法蘭連接，下端插入下法蘭滑槽，下法蘭與鋼筒的下端連接；通過(guò)上、下法蘭將耗能器固定在需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)控制的部位。本實(shí)用新型的效果和益處是該耗能器耗能能力極強(qiáng)、可反復(fù)使用、自復(fù)位、構(gòu)造簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)E04B1/98GK201443142SQ20092001354
公開(kāi)日2010年4月28日 申請(qǐng)日期2009年5月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月5日
發(fā)明者伊廷華, 李宏男, 王豐 申請(qǐng)人:大連理工大