一種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，適用于工程結(jié)構(gòu)的減振控制，屬于土木工程領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)在受到外界的干擾或激勵時都會產(chǎn)生響應(yīng)，這是因為激勵使系統(tǒng)獲得了能量的輸入。同時，系統(tǒng)又能將輸入的能量通過某種機理轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌芰啃问蕉牡?，使輸入能量和耗損能量保持平衡。這種系統(tǒng)耗損能量的能力稱為阻尼。對龐大的土木工程結(jié)構(gòu)而言，依靠自身的阻尼耗能特性抵抗外來振動并不可靠。隨著新型阻尼耗能技術(shù)的不斷提出，利用結(jié)構(gòu)添加外部元件或內(nèi)部添加元件的方式實現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動控制方式都體現(xiàn)了較好的控制效果。
[0003]金屬屈服阻尼器是用軟金屬材料做成的各種形式的阻尼器，金屬屈服后具有良好的滯回性能，利用某些金屬具有的彈塑性滯回變形耗能，包括擠壓型鉛阻尼器、剪切型鉛阻尼器、形狀記憶合金(shape memory alloys,簡稱SMA)阻尼器等，它們的耗能機理是利用金屬進(jìn)入塑性屈服階段吸收結(jié)構(gòu)振動的部分能量來達(dá)到減振控制的。
[0004]剪切型鉛阻尼器主要是利用鉛受剪屈服后產(chǎn)生塑性變形來耗能的，具有使用壽命長，提供的阻尼力可靠且大小與變形速度無關(guān)，對微小位移變化敏感，工作性能十分穩(wěn)定等特點，被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)減振控制。但此類阻尼器雖然具有很好的耗能效果，但振后會出現(xiàn)殘余變形，不利于繼續(xù)使用。
[0005]SMA是應(yīng)用較為廣泛的智能材料之一，在高于奧氏體相變溫度時卸載，沒有殘余應(yīng)變，稱為超彈性，利用此特性SMA被廣泛應(yīng)用于智能裝置的開發(fā)，使用形式有SMA絲材、SMA棒材、SMA彈簧等，SMA裝置與傳統(tǒng)裝置相比，具有耐久性和耐腐蝕性好、使用期限長、允許變形大并且變形可恢復(fù)等一系列優(yōu)點，但就目前的SMA阻尼器來看，雖然它有很好的自復(fù)位功能，但耗能效果并不明顯，因此其應(yīng)用受到了限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了減小結(jié)構(gòu)振動以及強振后的殘余變形，本發(fā)明提供了一種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，阻尼器模型(如圖1)，阻尼器主要由兩部分組成，一部分是耗能組，另一部分是復(fù)位組，同時滿足高耗能和自復(fù)位能力。同時本發(fā)明提供的阻尼力可以調(diào)節(jié)，大大擴(kuò)大了其適用范圍。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0008]—種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，由兩部分組成，耗能組是由內(nèi)筒的剪切型鉛阻尼器以及安裝于內(nèi)筒6和外筒2之間的SMA絲5和SMA彈簧13組成，復(fù)位組由SMA絲5及SMA彈簧13組成，充分發(fā)揮了 SMA的超彈性特性，尤其SMA彈簧的自復(fù)位能力，使阻尼器在振動后能夠恢復(fù)初始狀態(tài)，不影響其繼續(xù)使用。兩組共同工作，同時利用鉛塊16剪切高耗能以及SMA彈簧13及SMA絲5的耗能特性，可同時進(jìn)行減振。
[0009]—種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，包括前蓋板12、后蓋板17、左拉板15、右拉板9、固定板7、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3、內(nèi)筒6、外筒2、推拉桿11、形狀記憶合金(SMA)絲5、形狀記憶合金(SMA)彈簧13以及內(nèi)置鉛塊16，四組SMA絲5依次穿過預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3、左拉板15、固定板7和右拉板9，預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3、左拉板15、固定板7和右拉板9均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，SMA絲5均布于外筒和內(nèi)筒之間形成的中部空腔內(nèi)，其兩端分別用夾具4拉緊固定;左拉板15外側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3，通過調(diào)節(jié)螺栓14改變預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3和左拉板15間的距離，進(jìn)而調(diào)節(jié)SMA絲5的初始應(yīng)變;環(huán)形固定板7內(nèi)環(huán)和內(nèi)筒6焊接，其外環(huán)通過固定螺栓8和外筒2連接;推拉桿11為圓筒型結(jié)構(gòu)，其一端和中部設(shè)有橫向環(huán)形擋板，兩橫向環(huán)形擋板間均布有多個縱向擋板，兩縱向擋板間形成凹槽；內(nèi)筒6內(nèi)側(cè)設(shè)有與推拉桿11相對應(yīng)的凹槽，推拉桿11凹槽和內(nèi)筒6凹槽相對形成內(nèi)部空腔，剪切鉛塊16直接嵌于內(nèi)部空腔18內(nèi)；外筒2與內(nèi)筒6形成的前后空腔分別安裝SMA彈簧13，其中，前空腔中的SMA彈簧13穿過焊接在前蓋板12上的彈簧導(dǎo)桿10，后空腔中的SMA彈簧13穿過推拉桿11;前蓋板12、后蓋板17和連接桿I通過螺栓與外筒2連接，推拉桿11穿過后蓋板17。
[0010]本發(fā)明通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺栓14來調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3與左拉板15之間的距離來調(diào)節(jié)SMA絲5的初始應(yīng)變和通過改變內(nèi)置鉛塊16的數(shù)量，均可調(diào)節(jié)此阻尼器的阻尼力，使此阻尼器應(yīng)用范圍更廣泛。
[0011 ]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的阻尼器構(gòu)造簡單，零件較少，制作和安裝過程簡單，適用性強，維護(hù)方便，能有效提高結(jié)構(gòu)的抗振性能，具有廣闊的推廣市場和應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明阻尼器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明圖1的a-a截面剖面圖。
[0014]圖3是本發(fā)明圖1的b-b截面剖面圖。
[0015]圖4是本發(fā)明圖1的c-c截面面圖。
[0016]圖5是本發(fā)明的內(nèi)筒平面圖。
[0017]圖6是本發(fā)明的內(nèi)筒剖面圖。
[0018]圖7是本發(fā)明的推拉桿平面圖。
[0019]圖8是本發(fā)明的推拉桿1-1截面剖面圖。
[0020]圖9是本發(fā)明的推拉桿2-2截面剖面圖。
[0021]圖10是本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板平面圖。
[0022]圖11是本發(fā)明的預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板剖面圖。
[0023 ]圖12是本發(fā)明的左拉板平面圖。
[0024]圖13是本發(fā)明的左拉板剖面圖。
[0025]圖14是本發(fā)明的右拉板平面圖。
[0026]圖15是本發(fā)明的右拉板剖面圖。
[0027]圖16是阻尼器安裝位置示意圖。
[0028]圖中:I連接桿;2外筒；3預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板;4夾具；5SMA絲;6內(nèi)筒；7固定板;8固定螺栓;9右拉板;10彈簧導(dǎo)桿；11推拉桿;12前蓋板;13SMA彈簧;14調(diào)節(jié)螺栓;15左拉板;16鉛塊；17后蓋板;18內(nèi)部空腔。
【具體實施方式】
[0029]以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0030]一種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，包括前蓋板12、后蓋板17、左拉板15、右拉板9、固定板7、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3、內(nèi)筒6、外筒2、推拉桿11、形狀記憶合金(SMA)絲5、形狀記憶合金(SMA)彈簧13以及內(nèi)置鉛塊16，四組SMA絲5依次穿過預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3、左拉板15、固定板7和右拉板9，預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3、左拉板15、固定板7和右拉板9均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，SMA絲5均布于外筒和內(nèi)筒之間形成的中部空腔內(nèi)，其兩端分別用夾具4拉緊固定;左拉板15外側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3，通過調(diào)節(jié)螺栓14改變預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3和左拉板15間的距離，進(jìn)而調(diào)節(jié)SMA絲5的初始應(yīng)變;環(huán)形固定板7內(nèi)環(huán)和內(nèi)筒6焊接，其外環(huán)通過固定螺栓8和外筒2連接;推拉桿11為圓筒型結(jié)構(gòu)，其一端和中部設(shè)有橫向環(huán)形擋板，兩橫向環(huán)形擋板間均布有多個縱向擋板，兩縱向擋板間形成凹槽；內(nèi)筒6內(nèi)側(cè)設(shè)有與推拉桿11相對應(yīng)的凹槽，推拉桿11凹槽和內(nèi)筒6凹槽相對形成內(nèi)部空腔，剪切鉛塊16直接嵌于內(nèi)部空腔18內(nèi)；外筒2與內(nèi)筒6形成的前后空腔分別安裝SMA彈簧13，其中，前空腔中的SMA彈簧13穿過焊接在前蓋板12上的彈簧導(dǎo)桿10，后空腔中的SMA彈簧13穿過推拉桿11;前蓋板12、后蓋板17和連接桿I通過螺栓與外筒2連接，推拉桿11穿過后蓋板17。
[0031 ]當(dāng)推拉桿11與連接桿I發(fā)生相對位移時，由于內(nèi)筒6固定于外筒2中，同時由于推拉桿11端部與中部擋板的限制，左拉板15與右拉板9的運動會受到限制，因此左右拉板會產(chǎn)生相對位移，此時連接它們的處于預(yù)拉伸狀態(tài)的SMA絲5繼續(xù)受拉，因此推拉桿11不管是受壓力還是拉力，SMA絲5都受到拉力作用，同時左右側(cè)SMA彈簧13受到力的作用提供恢復(fù)力，內(nèi)筒6與推拉桿11產(chǎn)生相對位移，導(dǎo)致內(nèi)置鉛塊受剪。SMA絲、SMA彈簧與鉛塊同時工作，以此耗能。振動過后由于SMA絲和SMA彈簧的良好的自恢復(fù)能力，使得阻尼器恢復(fù)原狀，達(dá)到自復(fù)位的功能，整個過程很好地實現(xiàn)了阻尼器的高耗能及自復(fù)位功能。
[0032]本發(fā)明通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺栓14來調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板3與左拉板15之間的距離來調(diào)節(jié)SMA絲5的初始應(yīng)變和通過改變內(nèi)置鉛塊16的數(shù)量，均可調(diào)節(jié)此阻尼器的阻尼力，使此阻尼器應(yīng)用范圍更廣泛。
[0033]使用時將本發(fā)明安裝在大型設(shè)備或建筑物能夠產(chǎn)生相對位移的部位上，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時，阻尼器兩側(cè)桿件產(chǎn)生相對位移，部分能量被阻尼器耗散，以此減振耗能，減小主體結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，振動停止后，阻尼器自復(fù)位。
[0034]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點:高耗能、自復(fù)位、耐久性好、小位移敏感、阻尼力可調(diào)節(jié)、構(gòu)造簡單組裝方便等。將會廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)減振領(lǐng)域。
【主權(quán)項】
1.一種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，其特征在于，該自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器包括前蓋板(12)、后蓋板(17)、左拉板(15)、右拉板(9)、固定板(7)、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板(3)、內(nèi)筒(6)、外筒(2)、推拉桿(11)、SMA絲(5)、SMA彈簧(13)以及鉛塊(16)，四組SMA絲(5)依次穿過預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板(3)、左拉板(15)、固定板(7)和右拉板(9)，預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板(3)、左拉板(15)、固定板(7)和右拉板(9)均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，SMA絲(5)均布于外筒和內(nèi)筒之間形成的中部空腔內(nèi)，其兩端分別用夾具(4)拉緊固定;左拉板(15)外側(cè)設(shè)置預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板(3)，通過調(diào)節(jié)螺栓(14)改變預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板(3)和左拉板(15)間的距離，進(jìn)而調(diào)節(jié)SMA絲(5)的初始應(yīng)變;環(huán)形固定板(7)內(nèi)環(huán)和內(nèi)筒(6)焊接，其外環(huán)通過固定螺栓(8)和外筒(2)連接;推拉桿(11)為圓筒型結(jié)構(gòu)，其一端和中部設(shè)有橫向環(huán)形擋板，兩橫向環(huán)形擋板間均布有多個縱向擋板，兩縱向擋板間形成凹槽；內(nèi)筒(6)內(nèi)側(cè)設(shè)有與推拉桿(11)相對應(yīng)的凹槽，推拉桿(11)凹槽和內(nèi)筒(6)凹槽相對形成內(nèi)部空腔，剪切鉛塊(16)直接嵌于內(nèi)部空腔(18)內(nèi)；外筒(2)與內(nèi)筒(6)形成的前后空腔分別安裝SMA彈簧(13)，其中，前空腔中的SMA彈簧(13)穿過焊接在前蓋板(12)上的彈簧導(dǎo)桿(10)，后空腔中的SMA彈簧(13)穿過推拉桿(11);前蓋板(12)、后蓋板(17)和連接桿(I)通過螺栓與外筒(2)連接，推拉桿(11)穿過后蓋板(17)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，其特征在于，所述的內(nèi)部空腔(18)內(nèi)放置多塊鉛塊(16)，用于調(diào)節(jié)此阻尼器的阻尼力。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種自復(fù)位形狀記憶合金-剪切型鉛復(fù)合耗能阻尼器，屬于土木工程領(lǐng)域。該阻尼器包括前蓋板、后蓋板、左拉板、右拉板、固定板、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板、內(nèi)筒、外筒、推拉桿、SMA絲、SMA彈簧和鉛塊。這種新型阻尼器具有自復(fù)位能力強及高耗能特性，并且阻尼力可調(diào)節(jié)，以及耐久性、抗腐蝕性、抗疲勞性能好，小變形敏感，工作溫度范圍大等優(yōu)點，對于耗能減振具有很好的實際應(yīng)用價值；使用時將本發(fā)明安裝在大型設(shè)備或建筑物能夠產(chǎn)生相對位移的部位上，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動時，阻尼器兩側(cè)桿件產(chǎn)生相對位移，部分能量被阻尼器耗散，以此減振耗能，減小主體結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，振動停止后，阻尼器自復(fù)位。
【IPC分類】E04B1/98
【公開號】CN105672520
【申請?zhí)枴緾N201610184450
【發(fā)明人】李宏男, 劉明明, 付興
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月25日