本發(fā)明涉及阻尼器的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種sma絲分瓣套筒大行程主動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼器，其同時(shí)利用分瓣套筒與活塞接觸面間的干摩擦和超彈性形狀記憶合金絲等材料的高阻尼特性吸收外界能量，從而起到減振作用。

背景技術(shù)：

減震是日常生活中，工程領(lǐng)域中，甚至航空航天領(lǐng)域中十分常見而重要的課題。地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害對(duì)人類建筑的安全性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，研究如何有效減輕建筑在自然災(zāi)害產(chǎn)生的載荷下的響應(yīng)，提高抗震抗風(fēng)能力意義重大；汽車行駛，大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行等過程中，過度的振動(dòng)載荷對(duì)駕駛員，操作人員的人生安全造成威脅，對(duì)汽車、設(shè)備廠商的聲譽(yù)、經(jīng)濟(jì)效益都將造成不可估量的損失；而飛機(jī)著陸，火炮發(fā)射瞬間，由于自身重量對(duì)地面或底座產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力，他們雖然裝了各種減振器，但容易產(chǎn)生彈簧塑性變形，密封件老化，漏油等問題，進(jìn)而降低安全性，可靠性。

目前比較成熟的減震技術(shù)有液壓減震，高阻尼固體材料減震，摩擦減震等等，但是任何單一原理的阻尼器均有自身的缺陷，例如液壓阻尼器的密封問題，高阻尼固體材料的老化問題，摩擦阻尼器的損耗問題等等，記憶合金是相對(duì)新型的智能材料，擁有形狀記憶效應(yīng)、超彈性和高阻尼等特性，性能相對(duì)其他材料優(yōu)勢(shì)明顯，但是，單一使用記憶合金作為減震材料，減震效果受到記憶合金的形變量和材料強(qiáng)度等因素限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種sma絲分瓣套筒大行程主動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼器，該阻尼器融合了超彈性記憶合金材料阻尼、干摩擦阻尼、阻尼環(huán)阻尼(由橡膠類粘彈性材料或金屬橡膠類干摩擦阻尼材料制成)三種阻尼，無需液態(tài)阻尼介質(zhì)，避免了密封件引起的系列問題，同時(shí)，可對(duì)超彈性sma絲通電，改變其溫度進(jìn)而改變其微觀晶體結(jié)構(gòu)，最終改變其力學(xué)性質(zhì)而達(dá)到調(diào)節(jié)阻尼器承載剛度與阻尼的效果，而且，本發(fā)明設(shè)計(jì)的周期性波形摩擦面將往復(fù)振動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)過程轉(zhuǎn)化為超彈性sma絲的周期性加載卸載過程，增大了阻尼器所能承受的振幅。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種sma絲分瓣套筒大行程主動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼器，包括活塞、第一分瓣套筒、第二分瓣套筒、第一阻尼環(huán)、第二阻尼環(huán)、超彈性sma絲、安裝架、第一外接螺栓和第二外接螺栓，其中，分成兩瓣的第一分瓣套筒和第二分瓣套筒，分瓣套筒內(nèi)壁為周期性變直徑圓柱面，與活塞外壁形狀互補(bǔ)，超彈性sma絲纏繞在壓緊的第一分瓣套筒、第二分瓣套筒所組成的圓柱面上，超彈性sma絲的兩端通過夾絲塊固定，活塞兩端分別連接的第一外接螺栓、第二外接螺栓是阻尼器與外部的接口，活塞兩側(cè)分別設(shè)有第一阻尼環(huán)、第二阻尼環(huán)，最外層的安裝架固定后，外部振動(dòng)通過第一外接螺栓、第二外接螺栓引起活塞相對(duì)于第一分瓣套筒、第二分瓣套筒運(yùn)動(dòng)，通過活塞與第一分瓣套筒、第二分瓣套筒之間干摩擦阻尼，第一阻尼環(huán)、第二阻尼環(huán)的阻尼，超彈性sma絲的材料阻尼共同消耗能量，起到減震效果。

進(jìn)一步的，所述活塞的外壁為周期性變直徑圓柱面，其剖面線為周期性波形，可為正弦波、三角波或其它類似結(jié)構(gòu)，活塞外壁與第一分瓣套筒、第二分瓣套筒內(nèi)壁形狀互補(bǔ)，活塞兩端面有螺紋孔，用于與第一外接螺栓、第二外接螺栓連接，第一阻尼器、第二阻尼環(huán)工作時(shí)，活塞將第一分瓣套筒、第二分瓣套筒沿半徑方向脹開，此過程中接觸面的摩擦，對(duì)超彈性sma絲的加載，對(duì)第一阻尼環(huán)、第二阻尼環(huán)的擠壓均產(chǎn)生耗能效果。

進(jìn)一步的，所述第一分瓣套筒和第二分瓣套筒對(duì)齊后，形成完整圓筒結(jié)構(gòu)，可為半圓結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的工況、性能要求也可以設(shè)計(jì)為三分之一圓、四分之一圓等結(jié)構(gòu)；第一分瓣套筒、第二分瓣套筒兩端根部設(shè)置兩個(gè)限位塊和一個(gè)夾絲塊，半圓分割面附近兩個(gè)限位塊與另一半套筒的對(duì)應(yīng)限位塊拼合，用于限制分瓣套筒被脹開時(shí)在徑向上沿直線運(yùn)動(dòng)，夾絲塊位于半圓面背部，上面開有切向小孔，用于夾緊超彈性sma絲，為防止超彈性sma絲捆綁時(shí)發(fā)生軸向滑脫，可以在外壁面加工切向防滑槽。

進(jìn)一步的，所述超彈性sma絲呈螺旋狀纏繞在壓緊的第一分瓣套筒和第二分瓣套筒所組成的圓柱面上，其自由端通過夾絲塊固定，其兩端與第一電極、第二電極相連，第一分瓣套筒、第二分瓣套筒的外壁面做絕緣處理，第一、第二阻尼器工作過程中可通過對(duì)超彈性sma絲通入不同電流加熱sma絲，sma絲受熱發(fā)生相變，不同程度地提高其屈服平臺(tái)，增大其約束力，從而實(shí)現(xiàn)阻尼器變剛度與變阻尼功能。

進(jìn)一步的，所述第一阻尼環(huán)、第二阻尼器其中必有一個(gè)在活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)受到擠壓作用，消耗能量，阻尼環(huán)根據(jù)工況要求，可選擇高阻尼橡膠或金屬橡膠材料制成，其滯回環(huán)飽滿，變形后形狀恢復(fù)能力強(qiáng)。

進(jìn)一步的，所述安裝架為阻尼器安裝、限位結(jié)構(gòu)，通過對(duì)第一分瓣套筒、第二分瓣套筒的部分限位，使其只能各自沿指定方向向外撐開。

進(jìn)一步的，所述阻尼器融合了超彈性記憶合金的材料阻尼、干摩擦阻尼、阻尼環(huán)阻尼(由橡膠類粘彈性材料或金屬橡膠類干摩擦阻尼材料制成)三種阻尼，利用周期性摩擦面的結(jié)構(gòu)，使阻尼器的一次行程中可包含多次超彈性sma絲的加載卸載過程，充分利用了sma的材料阻尼進(jìn)行耗能，同時(shí)有效增大了阻尼器所能承受的振幅。

進(jìn)一步的，所述第一、第二阻尼器具備在不同溫度環(huán)境下自適應(yīng)調(diào)節(jié)剛度、阻尼的功能，由于超彈性sma絲在不同溫度環(huán)境下可呈現(xiàn)出不同的力學(xué)特性，使得該第一、第二阻尼器在高溫環(huán)境下呈現(xiàn)為大阻尼、大剛度特性，在低溫環(huán)境下呈現(xiàn)為小阻尼、小剛度特性。

本發(fā)明的原理在于：

本發(fā)明同時(shí)采用記憶合金的超彈性效應(yīng)、摩擦耗能、粘彈性材料耗能三種耗能原理，阻尼大，耗能能力強(qiáng)，利用周期性變直徑圓柱面的結(jié)構(gòu)使阻尼器的一次行程中可包含多次超彈性sma絲的加載卸載過程，增大了阻尼器所能承受的振幅，并通過對(duì)超彈性sma通電實(shí)現(xiàn)了阻尼，剛度的可調(diào)性。

一方面，記憶合金的超彈性，即指當(dāng)溫度高于奧氏體相變終止溫度后，加載應(yīng)力超過彈性極限產(chǎn)生非彈性應(yīng)變后，卸載時(shí)即使不加熱，應(yīng)變也會(huì)隨著載荷非彈性下降，且應(yīng)力為零時(shí)應(yīng)變也恢復(fù)到零，并現(xiàn)出遲滯循環(huán)效應(yīng)，在一個(gè)加載循環(huán)過程中，形狀記憶合金可吸收相當(dāng)多的能量，吸收能量的大小與遲滯環(huán)的面積成正比；另一方面，在阻尼器工作過程中，可對(duì)sma絲通電，利用焦耳效應(yīng)使其溫度升高，奧氏體含量增大，屈服平臺(tái)上升，捆緊力增大，實(shí)現(xiàn)了阻尼器剛度、阻尼可調(diào)的功能；其次，分瓣套筒被sma絲捆緊后，再被安裝架限位，僅剩一個(gè)自由度，當(dāng)振動(dòng)傳至活塞，并使其向一側(cè)運(yùn)動(dòng)時(shí)，分瓣套筒被撐開，將一部分能量傳至sma絲，同時(shí)，分瓣套筒與活塞錯(cuò)位，摩擦，消耗能量，由于分瓣套筒與活塞是通過周期性變直徑圓柱面配合，因此，若把整個(gè)阻尼器看成一個(gè)單元，此單元的應(yīng)力應(yīng)變曲線也是具有周期性的區(qū)間的，此周期性區(qū)間理論上可以無限延長，與此對(duì)應(yīng)的是阻尼器所能承受振幅的增大；此外，阻尼環(huán)的材質(zhì)根據(jù)性能要求可變，比如以高阻尼橡膠為代表的粘彈性材料，或者將一側(cè)甚至兩側(cè)的阻尼環(huán)替換為記憶合金彈簧，增加一個(gè)剛度、阻尼調(diào)控的環(huán)節(jié)，同時(shí)增強(qiáng)阻尼器自動(dòng)復(fù)位的能力。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

(1)與普通金屬材料相比，超彈性記憶合金具有更飽滿的滯回環(huán)，耗能性能更強(qiáng)，并且具有更大的可恢復(fù)形變量，提高了所述阻尼器的減震性能，解決了長時(shí)間使用后，金屬材料塑性變形引起的系列問題；

(2)與現(xiàn)有記憶合金阻尼器相比，本發(fā)明利用利用周期性摩擦面結(jié)構(gòu)，使阻尼器的一次行程中可包含多次超彈性sma絲的加載卸載過程，充分利用了sma的材料阻尼，同時(shí)有效增大了阻尼器所能承受的振幅；

(3)與大部分現(xiàn)有阻尼器相比，利用sma絲在不同溫度環(huán)境下力學(xué)特性不同的特點(diǎn)，使得該阻尼器在高溫環(huán)境下呈現(xiàn)為大阻尼、大剛度特性，在低溫環(huán)境下呈現(xiàn)為小阻尼、小剛度特性，實(shí)現(xiàn)了在不同溫度環(huán)境下自適應(yīng)調(diào)節(jié)剛度、阻尼的功能；

(4)與大部分現(xiàn)有阻尼器相比，同時(shí)采用三種耗能原理，減震效果更強(qiáng)，可靠性更高；

(5)與使用液態(tài)阻尼介質(zhì)的阻尼器相比，無需密封，避免了因?yàn)槊芊饧б鸬囊幌盗袉栴}。

(6)若阻尼環(huán)選擇為金屬橡膠，該阻尼器為全金屬阻尼器，抗環(huán)境腐蝕能力遠(yuǎn)強(qiáng)于現(xiàn)在大多數(shù)基于非金屬材料的阻尼器。

附圖說明

圖1為本發(fā)明sma絲分瓣套筒大行程主動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼器的初始狀態(tài)三視圖；

圖2為本發(fā)明所述活塞結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明所述分瓣套筒結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明工作時(shí)分瓣套筒運(yùn)動(dòng)示意圖；

圖5為本發(fā)明所述超彈性sma絲通電后應(yīng)力-應(yīng)變曲線的變化；

圖6為本發(fā)明sma絲分瓣套筒大行程主動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼器的遲滯回線。

圖中附圖標(biāo)記含義為：1為活塞，2為第一分瓣套筒，3為第二分瓣套筒，4為第一阻尼環(huán)，5為第二阻尼環(huán)，6為超彈性sma絲，7為安裝架，8為第一外接螺栓，9為第二外接螺栓，10為第一電極，11為第二電極，13為活塞外壁，21為分瓣套筒內(nèi)壁，22a為第一端面，22b為第二端面，23為限位塊，24a為第一限位面，24b為第二限位面，25為切向小孔，26為夾絲塊，27為外壁面，28為切向防滑槽，29為分瓣剖分面，71a為z向第一內(nèi)壁面，71b為z向第二內(nèi)壁面，72a為y向第一內(nèi)壁面，72b為y向第二內(nèi)壁面。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)一步說明。

本發(fā)明提供一種sma絲分瓣套筒大行程主動(dòng)調(diào)節(jié)阻尼器，如圖1，圖2，圖3所示，該裝置包括分成兩瓣的分瓣套筒，即第一分瓣套筒2和第二分瓣套筒3，分瓣套筒內(nèi)壁21為周期性變直徑圓柱面，與活塞外壁13形狀互補(bǔ)，第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3以分瓣剖分面29貼合，并通過其外壁面27被超彈性sma絲6呈螺旋狀捆緊，絲的兩端通過夾絲塊26固定，活塞1兩端分別連接的第一外接螺栓8、第二外接螺栓9是阻尼器與外部的接口，活塞兩側(cè)分別設(shè)有第一阻尼環(huán)4、第二阻尼環(huán)5，最外層的安裝架7固定后，外部振動(dòng)分別通過第一外接螺栓8、第二外接螺栓9引起活塞1相對(duì)于第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3運(yùn)動(dòng)，通過活塞與分瓣套筒之間干摩擦阻尼、阻尼環(huán)的阻尼、超彈性sma絲的材料阻尼共同消耗能量，起到減震效果，如圖6所示。

活塞外壁13為周期性變直徑圓柱面，與分瓣套筒內(nèi)壁21形狀互補(bǔ)，其剖面線為周期性波形，可為正弦波、三角波、或其它類似結(jié)構(gòu)，其兩端面有螺紋孔，用于與第一外接螺栓8、第二外接螺栓9連接。

第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3對(duì)齊后，形成完整圓筒結(jié)構(gòu)，本發(fā)明中為半圓結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的工況、性能要求也可以設(shè)計(jì)為三分之一圓、四分之一圓等結(jié)構(gòu)；分瓣套筒根部設(shè)置限位塊23和夾絲塊26，限位塊23與另一半套筒的對(duì)應(yīng)限位塊33拼合，用于保證分瓣套筒被脹開時(shí)沿圖4中x/—x方向運(yùn)動(dòng)，夾絲塊26上開有切向小孔25，用于夾緊超彈性sma絲6的自由端，分瓣套筒的外壁面27做絕緣處理，由于絕緣層的存在，還能對(duì)sma絲通電以改變其溫度，調(diào)節(jié)其性能。為防止sma絲捆綁時(shí)發(fā)生軸向滑脫，可以在外壁面加工切向防滑槽28。

超彈性sma絲6呈螺旋狀在壓緊的第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3所組成的圓柱面上，其自由端通過夾絲塊26固定，其兩端與第一電極10、第二電極11相連，阻尼器工作過程中可通過對(duì)超sma絲通入不同電流，不同程度地抬高其屈服平臺(tái)，增大其約束力，從而實(shí)現(xiàn)阻尼器變剛度與變阻尼功能。

第一阻尼環(huán)4、第二阻尼環(huán)5根據(jù)工況要求，可選擇高阻尼橡膠或金屬橡膠材料制成，其滯回環(huán)飽滿，變形后形狀恢復(fù)能力強(qiáng)。

安裝架7為阻尼器安裝、限位結(jié)構(gòu)，通過對(duì)分瓣套筒的部分限位，如圖4所示，其z向第一內(nèi)壁面71a、z向第二內(nèi)壁面71b分別與第一限位面24a、第二限位面24b配合，其y向第一內(nèi)壁面72a、y向第二內(nèi)壁面72b分別與分瓣套筒第一端面22a、第二端面22b配合，使第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3只能各自沿x/—x方向向外撐開。

對(duì)于裝配好的阻尼器，初始時(shí)刻，超彈性sma絲6處于拉緊狀態(tài)，通過第一電極10、第二電極11連接電源；第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3彼此對(duì)齊貼合，由安裝架7限位，由超彈性sma絲6呈螺旋狀捆緊；活塞1被卡緊，兩側(cè)的第一阻尼環(huán)4、第二阻尼環(huán)5同處于未壓縮狀態(tài)。工作時(shí)，外界振動(dòng)通過第一外接螺栓8、第二外接螺栓9傳入阻尼器，活塞1相對(duì)第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3發(fā)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，位移產(chǎn)生后，第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3分別沿x/—x方向脹開，將一部分能量傳至sma絲6，而在此過程中，第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3與活塞1錯(cuò)位，發(fā)生劇烈摩擦，吸收部分能量，隨著第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3周期性地被活塞1脹開再被超彈性sma絲6拉緊，超彈性sma絲6經(jīng)歷周期性地加載-卸載過程，吸收部分能量，第一阻尼環(huán)4、第二阻尼環(huán)5作為輔助結(jié)構(gòu)，具有提高阻尼，防止活塞1和第一分瓣套筒2、第二分瓣套筒3發(fā)生碰撞等功能，提高了阻尼器的可靠性；如果工況改變，可利用sma絲在不同溫度環(huán)境下力學(xué)特性不同的特點(diǎn)，對(duì)其通入不同電流，即可實(shí)現(xiàn)在不同溫度環(huán)境下自適應(yīng)調(diào)節(jié)剛度、阻尼的功能。