专利名称：超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种工程结构减振控制装置，尤其是对土木工程结构在地震和风振作用下的结构振动反应起到抑制作用的阻尼器。
背景技术：
目前，利用粘弹性材料、粘滞流体、低屈服点金属等材料开发的阻尼器安装在工程结构上，可降低结构在地震及风振下的振动反应，以减轻振动给结构带来的危害。但此类阻尼器在工程应用中尚有一定的局限性，如粘弹性材料的抗疲劳性差、受环境影响而导致包括阻尼特性在内的力学性能退化现象、流体阻尼器可能存在的渗漏现象等问题。
为了开发性能更为优良的阻尼器用于结构的减振控制，选用高性能材料并进行合理的阻尼器结构设计是有效途径之一。形状记忆合金(Shape Memory Alloy，SMA)是一种重要的智能材料，它不仅具有很高的驱动力，而且在高温度下的超弹性及低温下的形状记忆效应都具有高阻尼的特性。利用具有超弹性特性的形状记忆合金材料可制作出工程结构减振控制阻尼器，且制作出的阻尼器具有抗疲劳性好、阻尼能力强、可恢复变形大及性能较稳定等优点。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器，该超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器，它能对工程结构提供阻尼耗能作用和输出控制力以被动控制结构的振动；同时，阻尼器与结构共同运动过程中，在不同的位移状态下具有变刚度的特性。
技术方案本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该阻尼器包括左拉杆、前盖、外筒、外滑条、内滑条、超弹性形状记忆合金丝、后盖、右拉杆；其中，在内滑条的外侧，对称于内滑条的轴线设有两条以上的外滑条，内滑条的外侧与外滑条的内侧沿轴线方向均为波浪状，且内滑条与外滑条由波浪状的接触面相互啮合；在由内滑条和两个以上的外滑条组成的整体外，沿其外周用超弹性形状记忆合金丝缠绕捆紧，并将该捆紧的整体放入外筒；在外筒的两端分别设有前盖和后盖，左拉杆固定在前盖的前盖螺栓孔中，右拉杆穿过后盖上的后盖导杆孔固定在内滑条螺栓孔中；外滑条的两头分别位于前盖和后盖上的方槽口中，超弹性形状记忆合金丝的两头分别固定在外滑条上。
约束内滑条、外滑条的超弹性形状记忆合金丝材料为丝材或薄带。内滑条、外滑条的波浪状凹、凸接触面是粗糙的接触面。内滑条、外滑条的波浪状凹、凸接触面可设置摩擦材料。
阻尼器由外筒、前盖、后盖、外滑条、内滑条、左拉杆、右拉杆及超弹性形状记忆合金丝组成的。其中，外筒与前、后盖一起构成阻尼器的外部结构，它主要起拉和压、保护内部结构及约束外滑条运动的作用；四个相同的外滑条与一个同拉杆相连的内滑条在形状记忆合金丝的缠绕约束下相互啮合形成阻尼器的内部结构，它是阻尼器实施各种功能的主体。在内、外滑条上分别设有凹面和凸面，凹、凸接触面之间可根据减振结构的要求设置相应的摩擦材料。当阻尼器两端的左、右拉杆与结构共同工作时发生相对运动，从而推拉内滑条，使内、外滑条分别沿轴向和径向产生相对位移，但由于形状记忆合金丝对有径向位移的外滑条产生约束作用，而使内、外滑条的接触面上产生相互作用力，阻尼器的输出力就是由这个作用力的轴向分力和接触面上相应的摩擦力组成的。超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器的耗能机理视拉杆两端相对位移的大小而不同。在小位移的情况下，由于形状记忆合金处于奥氏体状态，没有发生马氏体相变，故形状记忆合金丝不耗能，超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器主要依靠内、外滑条上凹、凸面之间的相互摩擦来吸收能量；在大位移的情况下，形状记忆合金丝发生了马氏体相变而产生相变内耗，使之具有超弹性阻尼耗能作用，此时，超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器是利用超弹性形状记忆合金丝的超弹性阻尼和接触面的摩擦来共同耗散振动能量。此外，由于形状记忆合金在不同的相变状态下，其弹性模量变化较大，使阻尼器的刚度也发生较大变化，因而，超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器是一种变刚度的阻尼器。
有益效果在利用形状记忆合金的超弹性阻尼和内、外滑条的接触面上的相互摩擦来耗散能量的同时，还对工程结构产生一定的输出力和提供变刚度的作用，而且其具有抗疲劳性好、阻尼能力强、可恢复变形大及性能较稳定等优点。另外，本发明是将超弹性形状记忆合金丝均匀地缠绕在内、外滑条的啮合体上并安装于外筒内，结构较为简单。超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器是一种能减轻结构振动的变刚度阻尼器，它是利用超弹性形状记忆合金丝将一个内滑条和四个外滑条按凹、凸接触面相互啮合后缠绕在一起，形成阻尼器实施各种功能的主体，再将此主体安装于由前、后盖与外筒组成的外部结构内，最后将左拉杆与外部结构的前盖相连，而右拉杆与内部主体结构的内滑条相连。当阻尼器安装于工程结构上时，在结构发生相对位移的作用下，内、外滑条沿相互垂直的方向发生相对运动，这不仅使它们在凹、凸接触面上产生摩擦，而且使超弹性形状记忆合金丝发生超弹性变形，从而产生摩擦耗能和超弹性阻尼耗能，以减轻结构的振动，同时，还输出控制力。
图1是本发明的结构纵剖面构造示意图；图2是图1中沿A1-A2-A3-A4方向的剖面构造图；图3是图1左视图；图4为阻尼器的内滑条平面结构示意图；图5是图4中E-E向剖面结构示意图；图6是阻尼器的外滑条结构示意图；图7是图6的右视图；图中有左拉杆1；前盖2；前盖螺栓孔21；铆钉孔22；外筒3；外滑条4；内滑条5；内滑条螺栓孔51；超弹性形状记忆合金丝6；斜槽锁紧杆7；后盖8；后盖导杆孔81；右拉杆9；方槽口10。
具体实施例方式
本发明的超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器包括左拉杆1、前盖2、外筒3、外滑条4、内滑条5、超弹性形状记忆合金丝6、后盖8、右拉杆9；其中，在内滑条5的外侧，对称于内滑条5的轴线设有两条以上的外滑条4，内滑条5的外侧与外滑条4的内侧沿轴线方向均为波浪状，且内滑条5与外滑条4由波浪状的接触面相互啮合；在由内滑条5和两个以上的外滑条4组成的整体外，沿其外周用超弹性形状记忆合金丝6缠绕捆紧，并将该捆紧的整体放入外筒3；在外筒3的两端分别设有前盖2和后盖8，左拉杆1固定在前盖2的前盖螺栓孔21中，右拉杆9穿过后盖8上的后盖导杆孔81固定在内滑条螺栓孔51中；外滑条4的两头分别位于前盖2和后盖8上的方槽口10中，超弹性形状记忆合金丝6的两头分别固定在外滑条4上。约束内滑条5、外滑条4的超弹性形状记忆合金丝6材料为丝材或薄带。
超弹性形状记忆合金丝6材料，例如，等原子比的NiTi奥氏体形状记忆合金丝(Ni49.8，Ti50.2(原子分数％))，内滑条5、外滑条4的波浪状凹、凸接触面是粗糙的接触面。内滑条5、外滑条4的波浪状凹、凸接触面设置摩擦材料。
图2中，内滑条5与四个外滑条4按凹、凸接触面处相互啮合时固定，将超弹性形状记忆合金丝6用斜槽锁紧杆7固定在一个外滑条4上，再将形状记忆合金丝6沿外滑条均匀地缠绕，以形成阻尼器的主体。将上述啮合主体安装进外筒3内后，再将前盖2和后盖8用高强铆钉沿铆钉孔12固定于外筒3上，形成阻尼器的外部结构。安装时，应将外滑条4的两端伸入前盖2和后盖8的方槽口10中。最后，将左拉杆1与前盖2的螺栓孔21相拧紧，右拉杆9伸入后盖8的后盖导杆孔81与内滑条5的螺栓孔51相拧紧。当左拉杆1、右拉杆9与工程结构相连并共同工作时发生相对运动，从而推拉内滑条5产生轴向位移，并使四个外滑条4沿径向产生相对位移，但由于超弹性形状记忆合金丝6对有径向位移的外滑条4产生约束作用，这个约束作用使形状记忆合金丝产生变形，同时使内、外滑条的接触面上产生摩擦。
权利要求
1.一种超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器，其特征是该阻尼器包括左拉杆(1)、前盖(2)、外筒(3)、外滑条(4)、内滑条(5)、超弹性形状记忆合金丝(6)、后盖(8)、右拉杆(9)；其中，在内滑条(5)的外侧，对称于内滑条(5)的轴线设有两条以上的外滑条(4)，内滑条(5)的外侧与外滑条(4)的内侧沿轴线方向均为波浪状，且内滑条(5)与外滑条(4)由波浪状的接触面相互啮合；在由内滑条(5)和两个以上的外滑条(4)组成的整体外，沿其外周用超弹性形状记忆合金丝(6)缠绕捆紧，并将该捆紧的整体放入外筒(3)；在外筒(3)的两端分别设有前盖(2)和后盖(8)，左拉杆(1)固定在前盖(2)的前盖螺栓孔(21)中，右拉杆(9)穿过后盖(8)上的后盖导杆孔(81)固定在内滑条螺栓孔(51)中；外滑条(4)的两头分别位于前盖(2)和后盖(8)上的方槽口(10)中，超弹性形状记忆合金丝(6)的两头分别固定在外滑条(4)上。
2.根据权利要求1所述的超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器，其特征是约束内滑条(5)、外滑条(4)的超弹性形状记忆合金丝(6)材料为丝材或薄带。
3.根据权利要求1所述的超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器，其特征是内滑条(5)、外滑条(4)的波浪状凹、凸接触面是粗糙的接触面。
4.根据权利要求1所述的超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器，其特征是内滑条(5)、外滑条(4)的波浪状凹、凸接触面设置摩擦材料。
5.根据权利要求1所述的超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器，其特征是超弹性形状记忆合金丝(6)的两头分别用斜槽锁紧杆(7)固定在外滑条(4)上。
全文摘要
超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器是一种能减轻结构振动的变刚度阻尼器，它是利用超弹性形状记忆合金丝将一个内滑条和四个外滑条按凹、凸接触面相互啮合后缠绕在一起，形成阻尼器实施各种功能的主体，再将此主体安装于由前、后盖与外筒组成的外部结构内，最后将左拉杆与外部结构的前盖相连，而右拉杆与内部主体结构的内滑条相连。当阻尼器安装于工程结构上时，在结构发生相对位移的作用下，内、外滑条沿相互垂直的方向发生相对运动，这不仅使它们在凹、凸接触面上产生摩擦，而且使超弹性形状记忆合金丝发生超弹性变形，从而产生摩擦耗能和超弹性阻尼耗能，以减轻结构的振动，同时，还输出控制力。
文档编号F16F15/02GK1598349SQ20041004176
公开日2005年3月23日 申请日期2004年8月20日 优先权日2004年8月20日
发明者李爱群, 左晓宝, 陈庆福 申请人:东南大学