多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型?鉛阻尼器，屬于工程結(jié)構(gòu)耗能減振技術(shù)領(lǐng)域。將阻尼器安裝于機(jī)械裝備及建筑結(jié)構(gòu)上，工作時(shí)阻尼器兩側(cè)連接桿發(fā)生相對伸縮及扭轉(zhuǎn)，使鉛塊沿錯(cuò)動(dòng)方向受到擠壓及形狀記憶合金受拉壓扭轉(zhuǎn)，通過此過程協(xié)同耗能減振。在遭遇較強(qiáng)振動(dòng)時(shí)，能夠?qū)ㄖ锛霸O(shè)備起到保護(hù)的作用。本阻尼器設(shè)計(jì)組裝為雙層鉛塊，且將其嵌固于兩層連動(dòng)套筒中，從而極大提高了阻尼器扭轉(zhuǎn)時(shí)耗能減振功能。將形狀記憶合金的安置于內(nèi)筒中，對整個(gè)裝置起到自復(fù)位的作用，且通過調(diào)節(jié)形狀記憶合金的初始應(yīng)變調(diào)節(jié)阻尼力。阻尼器具有可恢復(fù)的能力大，靈敏性強(qiáng)，抗疲勞，性能穩(wěn)定，較少的維護(hù)修理費(fèi)用，使用時(shí)限長。
【專利說明】
多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，屬于工程結(jié)構(gòu)耗能減振技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]強(qiáng)震及強(qiáng)風(fēng)等外荷載對工程結(jié)構(gòu)的安全性帶來嚴(yán)重威脅，僅通過提高結(jié)構(gòu)自身的剛度及強(qiáng)度，并不能很好的進(jìn)行消能減震，從而對結(jié)構(gòu)自身造成破壞。這需要使激勵(lì)外荷載輸入的能量依據(jù)某種機(jī)理將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌芰啃问侥軐⑵浜纳⒌?，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)自身不會(huì)被破壞。通過在結(jié)構(gòu)內(nèi)外添加阻尼器的方法來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制表現(xiàn)出好的控制效果O
[0003]目前常用的耗能裝置存在各自的不足，如粘彈性阻尼器易老化、粘滯阻尼器的維護(hù)困難。為解決不可恢復(fù)，耐久性不強(qiáng)，振動(dòng)后需要維護(hù)等問題。形狀記憶合金(ShapeMemory Alloy，簡稱SMA)是一種對形狀有記憶功能的新型智能材料。其自身具有的超彈性，其可恢復(fù)應(yīng)變達(dá)到6%至8%，極限強(qiáng)度超過lOOOMPa，使用SMA材料制作的阻尼器和其他阻尼器相比具有抗老化、可靠性強(qiáng)、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)。選擇此材料作為阻尼器可提高結(jié)構(gòu)的振動(dòng)被動(dòng)控制能力。金屬屈服阻尼器中，鉛阻尼器具有耗能性能好，使用周期長等特點(diǎn)。工作原理為金屬鉛進(jìn)入塑性屈服階段后通過吸收外荷載輸入的能量來達(dá)到耗能減振的作用。其中擠壓型-鉛阻尼器為根據(jù)鉛受擠壓產(chǎn)生塑性變形而耗能。而鉛振動(dòng)后發(fā)生塑性變形不可自恢復(fù)。并且傳統(tǒng)的鉛阻尼器不適應(yīng)于不同大小的拉伸及扭轉(zhuǎn)阻尼力的調(diào)節(jié)。
[0004]目前已研制開發(fā)的阻尼器大多僅僅應(yīng)用于單一方向的振動(dòng)控制，而荷載響方向通常是隨機(jī)的，研究多向控制的阻尼器具有工程實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決結(jié)構(gòu)受強(qiáng)荷載作用可能會(huì)產(chǎn)生大變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞等問題，本發(fā)明提供了多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，進(jìn)行減振耗能。由于阻尼器在安裝處的受力可能是扭轉(zhuǎn)或是拉壓，所以依據(jù)外荷載輸入的多向性，本發(fā)明的特點(diǎn)為在阻尼器的徑向和環(huán)向上皆可工作減振耗能。多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，其模型(如圖1)，阻尼器從功能上分類主要由兩部分裝置組成。第一部分是利用鉛擠壓耗能裝置，第二部分是對阻尼器內(nèi)部各部分的自復(fù)位裝置。本發(fā)明具有多向可調(diào)節(jié)阻尼力的功能，并且多向阻尼器相比傳統(tǒng)單向阻尼，不僅是功能上的疊加，更拓展其適用范圍。
[0006]多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，包括左側(cè)拉環(huán)1、連接桿
2、連接筒3、內(nèi)筒-固定螺栓4、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5、外筒-固定螺栓6、SMA彈簧7、外筒8、第二鉛塊9、固定板10、右擋板11、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12、拉桿13、右側(cè)拉環(huán)14、連接筒蓋板15、左蓋板16、左擋板17、SMA彈簧夾具18、左拉板19、第二內(nèi)筒20、第一內(nèi)筒21、第一鉛塊22、右拉板23、SMA絲夾具24、SMA絲25、右蓋板26 ；
[0007]拉桿13與第一內(nèi)筒21間安裝第一鉛塊22、第二內(nèi)筒20和第一內(nèi)筒21間安裝第二鉛塊9，構(gòu)成雙層擠壓型-鉛阻尼器；
[0008]外筒8兩端分別為左蓋板16和右蓋板26，左側(cè)拉環(huán)1、連接桿2、連接筒蓋板15和連接筒3依次焊接，并固定于外筒8的左蓋板16的中心處;拉桿13右端焊接拉環(huán)14，拉桿13上焊接有左擋板17和右擋板11，其中，左擋板17位于拉桿13的左端，右擋板11位于右拉板23的外偵U，以防止由于拉力過猛位移變形過大，導(dǎo)致內(nèi)部阻尼器破壞;拉桿13的中間段，即左擋板17和右擋板11間焊接形狀為第一環(huán)向梯形體剛性阻礙;第一鉛塊22嵌入于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁開的槽中，第一環(huán)向梯形體剛性阻礙嵌入第一鉛塊22內(nèi)；第二鉛塊9嵌入于第二內(nèi)筒20內(nèi)壁開的槽中，第一內(nèi)筒21外側(cè)焊接第二環(huán)向梯形體剛性阻礙，第二環(huán)向梯形體剛性阻礙嵌入第二鉛塊9內(nèi)；
[0009]自復(fù)位裝置由SMA彈簧7和SMA絲25組成，SMA彈簧7負(fù)責(zé)第一內(nèi)筒21向左拉伸及扭轉(zhuǎn)時(shí)自復(fù)位，SMA絲25負(fù)責(zé)拉桿13的扭轉(zhuǎn)及拉壓時(shí)自復(fù)位。四組SMA彈簧7安裝于第二內(nèi)筒20和外筒8間形成的中部空腔內(nèi)，SMA彈簧7左端依次穿過固定板10、左拉板19和預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5，右端依次穿過固定板10和右拉板23，并通過SMA彈簧夾具18旋緊拉固；三排共9根SMA絲25以環(huán)向夾角45度依次穿過拉桿13和外筒8開設(shè)的孔，并通過預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12和SMA絲夾具24配合固定;通過調(diào)節(jié)SMA彈簧夾具18、SMA絲夾具24分別改變SMA彈簧7、SMA絲25的初始應(yīng)力變形，進(jìn)而調(diào)阻尼力。SMA材料由于其超彈性具有較強(qiáng)的自復(fù)位能力，且其本身具有的抗疲勞，較高的拉伸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度等特性，在高消能后能夠使阻尼器恢復(fù)初始狀態(tài)。
[0010]在第一內(nèi)筒21左側(cè)焊接左拉板19，在第二內(nèi)筒20左右兩側(cè)分別焊接環(huán)形固定板10;左側(cè)固定板10上設(shè)有四個(gè)通孔，通孔型為以環(huán)向40度的環(huán)形孔;右側(cè)固定板10及右拉板23在指定標(biāo)高軸線處開設(shè)小圓孔;預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5通過固定螺栓4固定在左拉板19上；固定板10通過外筒-固定螺栓6固定在外筒8上。
[0011 ]本發(fā)明的有益效果:該多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器穩(wěn)定性強(qiáng)，較強(qiáng)的自恢復(fù)特性，且具有耐久性和抗疲勞的特性。多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器能有效提高結(jié)構(gòu)的抗振性能，并且雙層擠壓鉛塊布置使其具有小變形且高阻尼力的特點(diǎn)，以上優(yōu)點(diǎn)使其具有應(yīng)用于市場后廣闊的前景。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的剖面結(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)明圖1的d-d截面剖面圖。
[0017]圖6是本發(fā)明推拉桿平面圖。
[0018]圖7是本發(fā)明推拉桿1-1截面剖面圖。
[0019]圖8是本發(fā)明推拉桿2-2截面剖面圖。
[0020]圖9是本發(fā)明推拉桿3-3截面剖面圖。
[0021]圖10是本發(fā)明預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板平面圖。
[0022]圖11是本發(fā)明預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板剖面圖。
[0023]圖12是本發(fā)明固定板平面圖。
[0024]圖13是本發(fā)明固定板剖面圖。
[0025]圖中:I左側(cè)拉環(huán);2連接桿;3連接筒;4內(nèi)筒-固定螺栓;5預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板;6外筒-固定螺栓;7SMA彈簧;8外筒;9第二鉛塊；10固定板；11右擋板；12預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板；13拉桿；14右側(cè)拉環(huán)；15連接筒蓋板；16左蓋板；17左擋板；18SMA彈簧夾具；19左拉板;20第二內(nèi)筒;21第一內(nèi)筒;22第一鉛塊;23右拉板;24SMA絲夾具;25SMA絲;26右蓋板。
【具體實(shí)施方式】
[0026]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(shí)施方式】。
[0027]多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，包括左側(cè)拉環(huán)1、連接桿
2、連接筒3、內(nèi)筒-固定螺栓4、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5、外筒-固定螺栓6、SMA彈簧7、外筒8、第二鉛塊
9、固定板10、右擋板11、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12、拉桿13、右側(cè)拉環(huán)14、連接筒蓋板15、左蓋板16、左擋板17、SMA彈簧夾具18、左拉板19、第二內(nèi)筒20、第一內(nèi)筒21、第一鉛塊22、右拉板23、SMA絲夾具24、SMA絲25、右蓋板26;左側(cè)拉環(huán)1、右側(cè)拉環(huán)14在中軸線上以互成90度角布置，目的除了使阻尼器與結(jié)構(gòu)連接牢固外，同時(shí)考慮到兩側(cè)受到拉伸和扭轉(zhuǎn)兩個(gè)方向的力矩，使阻尼效果更好。
[0028]本阻尼器適用于多向受力情況，分別從環(huán)向扭轉(zhuǎn)時(shí)及徑向拉壓時(shí)闡述其耗能減振機(jī)理，首先，當(dāng)拉桿13向左拉伸時(shí)，與第一內(nèi)筒21發(fā)生相對位移，同時(shí)左拉板19、右拉板23限制第一內(nèi)筒21自由移動(dòng)，使焊接于拉桿13外側(cè)的第一環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓嵌入于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁槽中第一鉛塊22，隨著向左壓力的增大，第一內(nèi)筒21將往左側(cè)移動(dòng)，與第二內(nèi)筒20發(fā)生相對位移，由于第二內(nèi)筒20固定于外筒8上，使焊接于第一內(nèi)筒21外側(cè)的第二環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓嵌入于第二內(nèi)筒20內(nèi)壁槽中第二鉛塊9，與此同時(shí)左拉板19帶動(dòng)SMA彈簧7左移，與右拉板23發(fā)生相對位移，從而向左拉伸SMA彈簧7 ο當(dāng)拉桿13向右拉伸時(shí)，與第一內(nèi)筒21發(fā)生相對位移，由于左拉板19受阻于固定板10，使焊接于一體的第一內(nèi)筒21右移動(dòng)受限。使焊接于拉桿13外側(cè)的第一環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓嵌于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁槽中第一鉛塊22。在整個(gè)過程中時(shí)，由于拉桿13左移使其與外筒8發(fā)生相對位移，拉伸SMA絲25。在整個(gè)過程中SMA絲25、SMA彈簧7拉伸耗能，第二鉛塊9、第一鉛塊22受環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓耗能。拉壓變形后，由于SMA絲、SMA彈簧的較強(qiáng)的超彈性，使得整個(gè)裝置在移動(dòng)過后恢復(fù)到原來的位置。
[0029]當(dāng)右側(cè)拉桿13與左側(cè)連接桿2發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于左拉板19、右拉板23連接于處于預(yù)拉伸狀態(tài)的SMA彈簧7的兩端，且左拉板19焊接于第一內(nèi)筒21的左端，限制第一內(nèi)筒21的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，使拉桿13轉(zhuǎn)動(dòng)與第一內(nèi)筒21發(fā)生相對轉(zhuǎn)角。焊接于拉桿13外側(cè)第一環(huán)向梯形體剛性阻礙沿環(huán)向擠壓嵌入于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁槽中第一鉛塊22。隨著承受高扭轉(zhuǎn)力的增大，第一內(nèi)筒21繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。由于第二內(nèi)筒20固定于外筒8上，第一內(nèi)筒21與第二內(nèi)筒20發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，焊接于第一內(nèi)筒21外側(cè)第二環(huán)向梯形體剛性阻礙沿環(huán)向擠壓嵌入于第二內(nèi)筒20內(nèi)壁槽中第二鉛塊9。在扭轉(zhuǎn)的過程中，左拉板19將使左端SMA彈簧7繞固定板10上環(huán)形孔沿環(huán)向轉(zhuǎn)動(dòng)，與右端發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，此過程中彈簧將受到拉伸及扭轉(zhuǎn)力的作用。而扭轉(zhuǎn)后，由于SMA彈簧本身就有的超彈性，將帶動(dòng)左拉板19與第一內(nèi)筒21自恢復(fù)到初始位置。在整個(gè)扭轉(zhuǎn)的過程中，拉桿13扭轉(zhuǎn)使其與外筒8沿環(huán)向發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，從而拉伸固定于預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12依次穿過外筒8、拉桿13的預(yù)應(yīng)力SMA絲25。扭轉(zhuǎn)后，由于SMA絲材料具有超彈性，使拉桿13自恢復(fù)到初始位置。在整個(gè)過程中SMA絲25、SMA彈簧7拉扭轉(zhuǎn)耗能，第二鉛塊9、第一鉛塊22沿環(huán)向受環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓耗能。預(yù)應(yīng)力SMA絲及SMA彈簧不僅具有良好的高耗能特性，且分別負(fù)責(zé)兩套內(nèi)筒裝置的自復(fù)位，從而確保整個(gè)裝置在使用后能準(zhǔn)確復(fù)位。
[0030]本發(fā)明主要特點(diǎn)為，由于采用擠壓型金屬鉛及SMA材料來消能減震高耗能使其具有穩(wěn)定性強(qiáng)，耐久性好、阻尼力可調(diào)節(jié)。組裝采用雙層鉛塊使得可調(diào)節(jié)的阻尼力提升。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，其特征在于，該多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器包括左側(cè)拉環(huán)、連接桿、連接筒、內(nèi)筒-固定螺栓、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板、外筒-固定螺栓、SMA彈簧、外筒、第二鉛塊、固定板、右擋板、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板、拉桿、右側(cè)拉環(huán)、連接筒蓋板、左蓋板、左擋板、SMA彈簧夾具、左拉板、第二內(nèi)筒、第一內(nèi)筒、第一鉛塊、右拉板、SMA絲夾具、SMA絲、右蓋板； 拉桿與第一內(nèi)筒間安裝第一鉛塊、第二內(nèi)筒和第一內(nèi)筒間安裝第二鉛塊，構(gòu)成雙層擠壓型-鉛阻尼器； 外筒兩端分別為左蓋板和右蓋板，左側(cè)拉環(huán)、連接桿、連接筒蓋板和連接筒依次焊接，并固定于外筒的左蓋板的中心處;拉桿右端焊接拉環(huán)，拉桿上焊接有左擋板和右擋板，其中，左擋板位于拉桿的左端，右擋板位于右拉板的外側(cè)，以防止由于拉力過猛位移變形過大，導(dǎo)致內(nèi)部阻尼器破壞;拉桿的中間段，即左擋板和右擋板間焊接形狀為第一環(huán)向梯形體剛性阻礙;第一鉛塊嵌入于第一內(nèi)筒內(nèi)壁開的槽中，第一環(huán)向梯形體剛性阻礙嵌入第一鉛塊內(nèi)；第二鉛塊嵌入于第二內(nèi)筒內(nèi)壁開的槽中，第一內(nèi)筒外側(cè)焊接第二環(huán)向梯形體剛性阻礙，第二環(huán)向梯形體剛性阻礙嵌入第二鉛塊內(nèi)； 自復(fù)位裝置由SMA彈簧和SMA絲組成，SMA彈簧負(fù)責(zé)第一內(nèi)筒向左拉伸及扭轉(zhuǎn)時(shí)自復(fù)位，SMA絲負(fù)責(zé)拉桿的扭轉(zhuǎn)及拉壓時(shí)自復(fù)位；四組SMA彈簧安裝于第二內(nèi)筒和外筒間形成的中部空腔內(nèi)，SMA彈簧左端依次穿過固定板、左拉板和預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板，右端依次穿過固定板和右拉板，并通過SMA彈簧夾具旋緊拉固；三排共9根SMA絲以環(huán)向夾角45度依次穿過拉桿和外筒開設(shè)的孔，并通過預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板和SMA絲夾具配合固定;通過調(diào)節(jié)SMA彈簧夾具、SMA絲夾具分別改變SMA彈簧、SMA絲的初始應(yīng)力變形，進(jìn)而調(diào)阻尼力； 在第一內(nèi)筒左側(cè)焊接左拉板，在第二內(nèi)筒左右兩側(cè)分別焊接環(huán)形固定板;左側(cè)固定板上設(shè)有四個(gè)通孔，通孔型為以環(huán)向40度的環(huán)形孔;右側(cè)固定板及右拉板在指定標(biāo)高軸線處開設(shè)小圓孔;預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板通過固定螺栓固定在左拉板上；固定板通過外筒-固定螺栓固定在外筒上。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK106013498SQ201610586068
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月22日
【發(fā)明人】遲恒, 劉明明, 李建波
【申請人】大連理工大學(xué)