多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型?铅阻尼器，属于工程结构耗能减振技术领域。将阻尼器安装于机械装备及建筑结构上，工作时阻尼器两侧连接杆发生相对伸缩及扭转，使铅块沿错动方向受到挤压及形状记忆合金受拉压扭转，通过此过程协同耗能减振。在遭遇较强振动时，能够对建筑物及设备起到保护的作用。本阻尼器设计组装为双层铅块，且将其嵌固于两层连动套筒中，从而极大提高了阻尼器扭转时耗能减振功能。将形状记忆合金的安置于内筒中，对整个装置起到自复位的作用，且通过调节形状记忆合金的初始应变调节阻尼力。阻尼器具有可恢复的能力大，灵敏性强，抗疲劳，性能稳定，较少的维护修理费用，使用时限长。
【专利说明】
多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器
技术领域
[0001 ]本发明涉及多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，属于工程结构耗能减振技术领域。
【背景技术】
[0002]强震及强风等外荷载对工程结构的安全性带来严重威胁，仅通过提高结构自身的刚度及强度，并不能很好的进行消能减震，从而对结构自身造成破坏。这需要使激励外荷载输入的能量依据某种机理将其转变为热能或其他能量形式能将其耗散掉，从而保护结构自身不会被破坏。通过在结构内外添加阻尼器的方法来实现结构振动控制表现出好的控制效果O
[0003]目前常用的耗能装置存在各自的不足，如粘弹性阻尼器易老化、粘滞阻尼器的维护困难。为解决不可恢复，耐久性不强，振动后需要维护等问题。形状记忆合金(ShapeMemory Alloy，简称SMA)是一种对形状有记忆功能的新型智能材料。其自身具有的超弹性，其可恢复应变达到6%至8%，极限强度超过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、可靠性强、耐久性强等特点。选择此材料作为阻尼器可提高结构的振动被动控制能力。金属屈服阻尼器中，铅阻尼器具有耗能性能好，使用周期长等特点。工作原理为金属铅进入塑性屈服阶段后通过吸收外荷载输入的能量来达到耗能减振的作用。其中挤压型-铅阻尼器为根据铅受挤压产生塑性变形而耗能。而铅振动后发生塑性变形不可自恢复。并且传统的铅阻尼器不适应于不同大小的拉伸及扭转阻尼力的调节。
[0004]目前已研制开发的阻尼器大多仅仅应用于单一方向的振动控制，而荷载响方向通常是随机的，研究多向控制的阻尼器具有工程实际意义。
【发明内容】
[0005]为了解决结构受强荷载作用可能会产生大变形导致结构破坏等问题，本发明提供了多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，进行减振耗能。由于阻尼器在安装处的受力可能是扭转或是拉压，所以依据外荷载输入的多向性，本发明的特点为在阻尼器的径向和环向上皆可工作减振耗能。多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，其模型(如图1)，阻尼器从功能上分类主要由两部分装置组成。第一部分是利用铅挤压耗能装置，第二部分是对阻尼器内部各部分的自复位装置。本发明具有多向可调节阻尼力的功能，并且多向阻尼器相比传统单向阻尼，不仅是功能上的叠加，更拓展其适用范围。
[0006]多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，包括左侧拉环1、连接杆
2、连接筒3、内筒-固定螺栓4、预应力调节板5、外筒-固定螺栓6、SMA弹簧7、外筒8、第二铅块9、固定板10、右挡板11、预应力调节环板12、拉杆13、右侧拉环14、连接筒盖板15、左盖板16、左挡板17、SMA弹簧夹具18、左拉板19、第二内筒20、第一内筒21、第一铅块22、右拉板23、SMA丝夹具24、SMA丝25、右盖板26 ；
[0007]拉杆13与第一内筒21间安装第一铅块22、第二内筒20和第一内筒21间安装第二铅块9，构成双层挤压型-铅阻尼器；
[0008]外筒8两端分别为左盖板16和右盖板26，左侧拉环1、连接杆2、连接筒盖板15和连接筒3依次焊接，并固定于外筒8的左盖板16的中心处;拉杆13右端焊接拉环14，拉杆13上焊接有左挡板17和右挡板11，其中，左挡板17位于拉杆13的左端，右挡板11位于右拉板23的外侦U，以防止由于拉力过猛位移变形过大，导致内部阻尼器破坏;拉杆13的中间段，即左挡板17和右挡板11间焊接形状为第一环向梯形体刚性阻碍;第一铅块22嵌入于第一内筒21内壁开的槽中，第一环向梯形体刚性阻碍嵌入第一铅块22内；第二铅块9嵌入于第二内筒20内壁开的槽中，第一内筒21外侧焊接第二环向梯形体刚性阻碍，第二环向梯形体刚性阻碍嵌入第二铅块9内；
[0009]自复位装置由SMA弹簧7和SMA丝25组成，SMA弹簧7负责第一内筒21向左拉伸及扭转时自复位，SMA丝25负责拉杆13的扭转及拉压时自复位。四组SMA弹簧7安装于第二内筒20和外筒8间形成的中部空腔内，SMA弹簧7左端依次穿过固定板10、左拉板19和预应力调节板5，右端依次穿过固定板10和右拉板23，并通过SMA弹簧夹具18旋紧拉固；三排共9根SMA丝25以环向夹角45度依次穿过拉杆13和外筒8开设的孔，并通过预应力调节环板12和SMA丝夹具24配合固定;通过调节SMA弹簧夹具18、SMA丝夹具24分别改变SMA弹簧7、SMA丝25的初始应力变形，进而调阻尼力。SMA材料由于其超弹性具有较强的自复位能力，且其本身具有的抗疲劳，较高的拉伸扭转强度等特性，在高消能后能够使阻尼器恢复初始状态。
[0010]在第一内筒21左侧焊接左拉板19，在第二内筒20左右两侧分别焊接环形固定板10;左侧固定板10上设有四个通孔，通孔型为以环向40度的环形孔;右侧固定板10及右拉板23在指定标高轴线处开设小圆孔;预应力调节板5通过固定螺栓4固定在左拉板19上；固定板10通过外筒-固定螺栓6固定在外筒8上。
[0011 ]本发明的有益效果:该多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器稳定性强，较强的自恢复特性，且具有耐久性和抗疲劳的特性。多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器能有效提高结构的抗振性能，并且双层挤压铅块布置使其具有小变形且高阻尼力的特点，以上优点使其具有应用于市场后广阔的前景。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的剖面结构示意图。
[0013]图2是本发明图1的a-a截面剖面图。
[0014]图3是本发明图1的b-b截面剖面图。
[0015]图4是本发明图1的c-c截面面图。
[0016]图5是本发明图1的d-d截面剖面图。
[0017]图6是本发明推拉杆平面图。
[0018]图7是本发明推拉杆1-1截面剖面图。
[0019]图8是本发明推拉杆2-2截面剖面图。
[0020]图9是本发明推拉杆3-3截面剖面图。
[0021]图10是本发明预应力调节板平面图。
[0022]图11是本发明预应力调节板剖面图。
[0023]图12是本发明固定板平面图。
[0024]图13是本发明固定板剖面图。
[0025]图中:I左侧拉环;2连接杆;3连接筒;4内筒-固定螺栓;5预应力调节板;6外筒-固定螺栓;7SMA弹簧;8外筒;9第二铅块；10固定板；11右挡板；12预应力调节环板；13拉杆；14右侧拉环；15连接筒盖板；16左盖板；17左挡板；18SMA弹簧夹具；19左拉板;20第二内筒;21第一内筒;22第一铅块;23右拉板;24SMA丝夹具;25SMA丝;26右盖板。
【具体实施方式】
[0026]以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0027]多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，包括左侧拉环1、连接杆
2、连接筒3、内筒-固定螺栓4、预应力调节板5、外筒-固定螺栓6、SMA弹簧7、外筒8、第二铅块
9、固定板10、右挡板11、预应力调节环板12、拉杆13、右侧拉环14、连接筒盖板15、左盖板16、左挡板17、SMA弹簧夹具18、左拉板19、第二内筒20、第一内筒21、第一铅块22、右拉板23、SMA丝夹具24、SMA丝25、右盖板26;左侧拉环1、右侧拉环14在中轴线上以互成90度角布置，目的除了使阻尼器与结构连接牢固外，同时考虑到两侧受到拉伸和扭转两个方向的力矩，使阻尼效果更好。
[0028]本阻尼器适用于多向受力情况，分别从环向扭转时及径向拉压时阐述其耗能减振机理，首先，当拉杆13向左拉伸时，与第一内筒21发生相对位移，同时左拉板19、右拉板23限制第一内筒21自由移动，使焊接于拉杆13外侧的第一环向梯形体刚性阻碍挤压嵌入于第一内筒21内壁槽中第一铅块22，随着向左压力的增大，第一内筒21将往左侧移动，与第二内筒20发生相对位移，由于第二内筒20固定于外筒8上，使焊接于第一内筒21外侧的第二环向梯形体刚性阻碍挤压嵌入于第二内筒20内壁槽中第二铅块9，与此同时左拉板19带动SMA弹簧7左移，与右拉板23发生相对位移，从而向左拉伸SMA弹簧7 ο当拉杆13向右拉伸时，与第一内筒21发生相对位移，由于左拉板19受阻于固定板10，使焊接于一体的第一内筒21右移动受限。使焊接于拉杆13外侧的第一环向梯形体刚性阻碍挤压嵌于第一内筒21内壁槽中第一铅块22。在整个过程中时，由于拉杆13左移使其与外筒8发生相对位移，拉伸SMA丝25。在整个过程中SMA丝25、SMA弹簧7拉伸耗能，第二铅块9、第一铅块22受环向梯形体刚性阻碍挤压耗能。拉压变形后，由于SMA丝、SMA弹簧的较强的超弹性，使得整个装置在移动过后恢复到原来的位置。
[0029]当右侧拉杆13与左侧连接杆2发生相对转动时，由于左拉板19、右拉板23连接于处于预拉伸状态的SMA弹簧7的两端，且左拉板19焊接于第一内筒21的左端，限制第一内筒21的自由转动，使拉杆13转动与第一内筒21发生相对转角。焊接于拉杆13外侧第一环向梯形体刚性阻碍沿环向挤压嵌入于第一内筒21内壁槽中第一铅块22。随着承受高扭转力的增大，第一内筒21绕轴线发生转动。由于第二内筒20固定于外筒8上，第一内筒21与第二内筒20发生相对转角，焊接于第一内筒21外侧第二环向梯形体刚性阻碍沿环向挤压嵌入于第二内筒20内壁槽中第二铅块9。在扭转的过程中，左拉板19将使左端SMA弹簧7绕固定板10上环形孔沿环向转动，与右端发生相对转角，此过程中弹簧将受到拉伸及扭转力的作用。而扭转后，由于SMA弹簧本身就有的超弹性，将带动左拉板19与第一内筒21自恢复到初始位置。在整个扭转的过程中，拉杆13扭转使其与外筒8沿环向发生相对转角，从而拉伸固定于预应力调节环板12依次穿过外筒8、拉杆13的预应力SMA丝25。扭转后，由于SMA丝材料具有超弹性，使拉杆13自恢复到初始位置。在整个过程中SMA丝25、SMA弹簧7拉扭转耗能，第二铅块9、第一铅块22沿环向受环向梯形体刚性阻碍挤压耗能。预应力SMA丝及SMA弹簧不仅具有良好的高耗能特性，且分别负责两套内筒装置的自复位，从而确保整个装置在使用后能准确复位。
[0030]本发明主要特点为，由于采用挤压型金属铅及SMA材料来消能减震高耗能使其具有稳定性强，耐久性好、阻尼力可调节。组装采用双层铅块使得可调节的阻尼力提升。
【主权项】
1.一种多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器，其特征在于，该多向高耗能自复位形状记忆合金双层挤压型-铅阻尼器包括左侧拉环、连接杆、连接筒、内筒-固定螺栓、预应力调节板、外筒-固定螺栓、SMA弹簧、外筒、第二铅块、固定板、右挡板、预应力调节环板、拉杆、右侧拉环、连接筒盖板、左盖板、左挡板、SMA弹簧夹具、左拉板、第二内筒、第一内筒、第一铅块、右拉板、SMA丝夹具、SMA丝、右盖板； 拉杆与第一内筒间安装第一铅块、第二内筒和第一内筒间安装第二铅块，构成双层挤压型-铅阻尼器； 外筒两端分别为左盖板和右盖板，左侧拉环、连接杆、连接筒盖板和连接筒依次焊接，并固定于外筒的左盖板的中心处;拉杆右端焊接拉环，拉杆上焊接有左挡板和右挡板，其中，左挡板位于拉杆的左端，右挡板位于右拉板的外侧，以防止由于拉力过猛位移变形过大，导致内部阻尼器破坏;拉杆的中间段，即左挡板和右挡板间焊接形状为第一环向梯形体刚性阻碍;第一铅块嵌入于第一内筒内壁开的槽中，第一环向梯形体刚性阻碍嵌入第一铅块内；第二铅块嵌入于第二内筒内壁开的槽中，第一内筒外侧焊接第二环向梯形体刚性阻碍，第二环向梯形体刚性阻碍嵌入第二铅块内； 自复位装置由SMA弹簧和SMA丝组成，SMA弹簧负责第一内筒向左拉伸及扭转时自复位，SMA丝负责拉杆的扭转及拉压时自复位；四组SMA弹簧安装于第二内筒和外筒间形成的中部空腔内，SMA弹簧左端依次穿过固定板、左拉板和预应力调节板，右端依次穿过固定板和右拉板，并通过SMA弹簧夹具旋紧拉固；三排共9根SMA丝以环向夹角45度依次穿过拉杆和外筒开设的孔，并通过预应力调节环板和SMA丝夹具配合固定;通过调节SMA弹簧夹具、SMA丝夹具分别改变SMA弹簧、SMA丝的初始应力变形，进而调阻尼力； 在第一内筒左侧焊接左拉板，在第二内筒左右两侧分别焊接环形固定板;左侧固定板上设有四个通孔，通孔型为以环向40度的环形孔;右侧固定板及右拉板在指定标高轴线处开设小圆孔;预应力调节板通过固定螺栓固定在左拉板上；固定板通过外筒-固定螺栓固定在外筒上。
【文档编号】E04B1/98GK106013498SQ201610586068
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月22日
【发明人】迟恒, 刘明明, 李建波
【申请人】大连理工大学