基于记忆合金且针对立体车库减震降噪需求的耗能阻尼器的制作方法

本发明属于金属材料/震动控制/噪声控制/结构学技术领域，尤其是一种基于记忆合金(sma)且针对立体车库减震降噪需求的耗能阻尼器。

背景技术：

随着我国经济的快速发展和人民生活轴向的提高，私家车已经非常普遍，使得人们的出行非常便利。从发展趋势看，私家车保有量在未来仍会居高不下，导致了机动车保有量过多与停车位严重不足之间的矛盾。目前中国汽车保有量与停车位的比例仅为5:1，而车位和汽车保有量的合理比例应为1.2:1。目前，许多社区都在扩建地下车库，虽然可以适当缓解当前矛盾，但其土建投入成本相对较高，经济效益不佳。基于此现状，立体车库的建造和推广成为了解决“停车难”的一个主要方法。

虽然立体车库存在着诸多优点，但是立体车库在实际建设和推广过程中也存在着不少问题。由于目前的立体车库主要都是由钢架构组成，对于多层(超过3层)结构的立体车库来说，稳定性较差，受风震、地震和自震的影响较为严重，长期而来会有立体车库结构变形甚至倒塌的风险；同时车库在运作中，由电机产生的震动会产生很大的噪音，在有些依楼而建的车库中，震动噪音会通过钢架构和楼面的接触传递给大楼，对生活在其中人员造成不利的影响。因此对于立体车库震动的控制是一个不容忽视的问题。

要想减弱或消除震动对立体车库的影响，从结构震动控制学入手是关键。结构振动控制分为被动控制系统、主动控制系统、半主动控制系统和混合控制系统四大类型。被动控制的设计思想是采用直接减少(消振)、隔离(基础隔震)、转移(吸振减震)、消耗(耗能减震)能量等方法达到减小结构振动的目的。本方案提出的记忆合金耗能阻尼器被动控制则属于消耗能量达到减小结构振动的方法。

形状记忆合金(shapememoryalloy,sma)是近十年来被广泛关注的一种新型合金材料，具有独特的伪(超)弹性性能和高阻尼特性，利用这些特性，该材料可以被广泛应用在结构耗能减震、除噪等领域中。

超弹性是指对处于奥氏体相的sma进行加载，合金开始在弹性范围内工作，当应力超过弹性极限时，应力诱发马氏体相变，进入超弹性平台；卸载后,经马氏体逆相变使变形恢复,如图1所示。在加、卸载过程中,sma吸收大量能量。sma的最大可回复应变高达6～10％。

在形状记忆合金阻尼器的设计中，一般都会先将sma合金丝预拉伸至超弹性平台(图1)处，这样可以最大化的利用超弹性性能来达到耗能减震最大化的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于记忆合金(sma)且针对立体车库减震降噪需求的耗能阻尼器，该利用镍钛形状记忆合金的超弹性性能，将震动能量消耗，达到了减震除噪的目的，相比其他同类产品，该装置具有使用周期长，耐久性能好，防腐蚀性能优越以及变形可恢复的特性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种基于记忆合金且针对立体车库减震降噪需求的耗能阻尼器，所述耗能阻尼器包括阻尼器外壳、左固定档板、滑动轨道、限位弹簧、左记忆合金合金丝束、右记忆合金合金丝束、滑动套管、右固定档板和牵引杆，所述阻尼器外壳内同轴设置滑动套管，该滑动套管的轴向两端外侧的阻尼器外壳上分别垂直设置左固定档板、右固定档板，该滑动套管的中轴部位固装沿轴向设置的牵引杆，该牵引杆的轴向一端延伸出左固定档板，该牵引杆的轴向另一端延伸出右固定档板；

所述滑动轨道的轴向一端穿过滑动套管且与左固定档板垂直固装在一起，该滑动轨道的轴向另一端穿过滑动套管且与右固定档板垂直固装在一起，该滑动轨道与滑动套管滑动连接设置，该滑动套管能够沿滑动轨道沿轴向方向来回滑动；所述左固定档板、右固定档板与滑动套管之间的滑动轨道上均分别同轴套装限位弹簧；

所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束均沿轴向间隔设置，该左记忆合金丝束的轴向一端垂直固装于左固定档板上，该左记忆合金丝束的轴向另一端固装于靠近右固定档板的滑动套管上，该右记忆合金丝束的轴向一端垂直固装于右固定档板上，该右记忆合金丝束的轴向另一端固装于靠近左固定档板的滑动套管上。

而且，所述限位弹簧的最大收缩量≤左记忆合金丝束、右记忆合金丝束的最大伸长量。

而且，所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束具有6％-10％的可恢复形变能力。

而且，所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束采用镍钛形状记忆合金材质，所述阻尼器外壳、左固定档板、滑动轨道、限位弹簧、滑动套管、右固定档板和牵引杆均采用不锈钢材质。

而且，所述滑动轨道的数量为多个；所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束的数量也为多组。

而且，所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束的数量设置为4组，均采用夹块固定于滑动套管上。

本发明取得的优点和积极效果是：

1、本耗能阻尼器的牵引杆固装在滑动套管的中轴部位，因此滑动套管和牵引杆作为一个整体可以在滑动轨道上滑动，立体车库所受震动主要源于风震、地震以及电机工作所产生的震动，利用记忆合金的超弹性性能，当震动通过滑动套管的牵引杆传进阻尼器时，左记忆合金丝束、右记忆合金丝束分别作拉伸和收缩运动(右拉伸左收缩或者左拉伸右收缩)，从而利用记忆合金丝变形吸收能量的特性，达到减震维护结构稳定的目的；采用弹簧限位结构，所用弹簧的最大收缩量和合金丝的最大伸长量相等或略小于，起到了保护合金丝不会因为震动过为剧烈而对材料造成伤害；同时，相比其它同类产品，该装置具有使用周期长，耐久性能好，防腐蚀性能优越以及变形可恢复的特性。

另外，需要在滑动导轨上根据合金最大形变量安装限位弹簧，其目的是为了保护合金丝和防止震动幅度过大，超出记忆合金的变形范围，对材料造成不可逆的伤害，因此要求牵引杆的左右移动幅度必须控制在使合金丝产生小于最大可恢复应变的幅度以内。

2、本耗能阻尼器可以安装在立体车库钢架构上，起到减震的作用；另外对于依楼而建或安装在楼内的立体车库，阻尼器可以安装在车库架构与楼面的接触面上，起到减震降噪的作用。

3、本耗能阻尼器利用形状记忆合金(sma)的超弹性性能所制成的阻尼器，减弱了风力、地震以及电机运作所产生的震动对立体车库架构的不利影响，在一定程度上避免了车库架构的变形、故障和倒塌事故的发生；震动的减轻同时也伴随着噪音的减少，对于依楼而建的立体车库来说，楼内居民的工作休息能够得到很大的改善。

4、相对于市面上已有的耗能阻尼器，本耗能阻尼器存在以下优点：

(1)相比粘弹性阻尼器，记忆合金阻尼器不易老化。粘弹性阻尼器大多使用高分子阻尼材料和约束钢板制成，高分子阻尼材料和钢板紧贴发生相对运动，从而达到减震耗能的作用。但高分子阻尼材料受环境影响较大，该材料长期暴露在不同温度湿度的环境下容易使其内部结构或成分发生变化，其物理、化学性能可能会随之改变，从而使其减震耗能的功效大大降低。相比记忆合金阻尼器，由于镍钛记忆合金属于一种耐久性和耐腐蚀性能俱佳的新型材料，受外界环境影响较小，可以长期使用并省去了频繁检修的麻烦。

(2)相比摩擦耗能阻尼器，记忆合金阻尼器可以被长期使用。摩擦耗能阻尼器的主要工作原理是利用钢板和铜垫片的相互摩擦作用，达到了消耗能量，减轻震动的作用。但是长期摩擦会造成材料的损耗，所以该阻尼器需要专人定期检查维修，避免阻尼器失效的风险。而记忆合金材料的疲劳寿命通常可达到10⁸以上，为该种阻尼器的长期使用打下了基础。

(3)相比软钢阻尼器，记忆合金拥有塑性形变可恢复的性能。软钢阻尼器是利用软钢材料的形变耗能，达到减震的目的。但如果结构震动幅度过大，很容易超出软钢材料的形变范围从而是材料产生不可逆的塑性形变。降低了阻尼器的使用效果并追加了风险。而记忆合金的伪弹性性能允许其发生大幅度形变并且拥有形变恢复能力，该性能使得其拥有更大的应用领域。

综上所述，记忆合金阻尼器相比其他类型阻尼器，拥有耐久性能、耐腐蚀性能优越，使用周期长，允许大形变且变形可恢复的优点。

5、本耗能阻尼器可以安装在立体车库钢架构上，起到减震的作用；另外对于依楼而建或安装在楼内的立体车库，阻尼器可以安装在车库架构与楼面的接触面上，起到减震降噪的作用。

附图说明

图1为现有技术中形状记忆合金减震耗能原理图；

图2为本发明的结构连接主视图；

图3为图2的a-a向的截面剖视放大示意图；

图4为图2的一个方向的结构连接立体图；

图5为图2的一个方向的结构连接立体图；

图6为本发明阻尼器在.立体车库钢架构中的安放及减震示意图；

图7为本发明阻尼器减轻震动噪音对楼内的影响。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。

本发明中未详细描述的结构、连接关系及方法，均可以理解为本领域内的公知常识。

一种基于记忆合金(sma)且针对立体车库减震降噪需求的耗能阻尼器，如图2、图3和图4所示，所述耗能阻尼器包括阻尼器外壳1、左固定档板2、滑动轨道3、限位弹簧4、左记忆合金合金丝束5、右记忆合金合金丝束6、滑动套管7、右固定档板8和牵引杆9，所述阻尼器外壳内同轴设置滑动套管，该滑动套管的轴向两端外侧的阻尼器外壳上分别垂直设置左固定档板、右固定档板，该滑动套管的中轴部位固装沿轴向设置的牵引杆，该牵引杆的轴向一端延伸出左固定档板，该牵引杆的轴向另一端延伸出右固定档板；

所述滑动轨道的轴向一端穿过滑动套管且与左固定档板垂直固装在一起，该滑动轨道的轴向另一端穿过滑动套管且与右固定档板垂直固装在一起，该滑动轨道与滑动套管滑动连接设置，该滑动套管能够沿滑动轨道沿轴向方向来回滑动；所述左固定档板、右固定档板与滑动套管之间的滑动轨道上均分别同轴套装限位弹簧，较优地，限位弹簧的最大收缩量≤左记忆合金丝束、右记忆合金丝束的最大伸长量；

所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束均沿轴向间隔设置，该左记忆合金丝束的轴向一端垂直固装于左固定档板上，该左记忆合金丝束的轴向另一端固装于靠近右固定档板的滑动套管上，该右记忆合金丝束的轴向一端垂直固装于右固定档板上，该右记忆合金丝束的轴向另一端固装于靠近左固定档板的滑动套管上。

本耗能阻尼器的牵引杆固装在滑动套管的中轴部位，因此滑动套管和牵引杆作为一个整体可以在滑动轨道上滑动，立体车库所受震动主要源于风震、地震以及电机工作所产生的震动，利用记忆合金的超弹性性能，当震动通过滑动套管的牵引杆传进阻尼器时，左记忆合金丝束、右记忆合金丝束分别作拉伸和收缩运动(右记忆合金丝束且左记忆合金丝束收缩或者左记忆合金丝束拉伸且右记忆合金丝束收缩)，从而利用记忆合金丝变形吸收能量的特性，达到减震维护结构稳定的目的；同时，相比其它同类产品，该装置具有使用周期长，耐久性能好，防腐蚀性能优越以及变形可恢复的特性。

另外，在滑动导轨上根据合金最大形变量安装限位弹簧，其目的是为了保护合金丝和防止震动幅度过大，超出记忆合金的变形范围，对材料造成不可逆的伤害，因此要求牵引杆的左右移动幅度必须控制在使合金丝产生小于最大可恢复应变的幅度以内，采用弹簧限位结构，所用弹簧的最大收缩量和合金丝的最大伸长量相等或略小于，起到了保护合金丝不会因为震动过为剧烈而对材料造成伤害。

在本实施例中，所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束具有6％-10％的可恢复形变能力，本耗能阻尼器利用了镍钛形状记忆合金6％-10％的可恢复形变能力(超弹性性能)，当震动由牵引杆传导至合金丝束上，引起合金丝的拉伸与收缩，从而达到消耗震动能量的目的。

在本实施例中，所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束采用镍钛形状记忆合金材质，所述阻尼器外壳、左固定档板、滑动轨道、限位弹簧、滑动套管、右固定档板和牵引杆均采用不锈钢材质。

在本实施例中，所述滑动轨道的数量为多个；所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束的数量也为多组。特别地，所述左记忆合金丝束、右记忆合金丝束的数量设置为4组，均采用夹块(图中未示出)固定于滑动套管上。阻尼器工作时，震动由滑动套管上的牵引杆传导至合金丝上，使其中四根呈拉伸状，另外四根呈收缩状，以此往复达到耗能效果。

本耗能阻尼器可以安装在立体车库钢架构上，起到减震的作用；另外对于依楼而建或安装在楼内的立体车库，阻尼器可以安装在车库架构与楼面的接触面上，起到减震降噪的作用。

本基于记忆合金(sma)且针对立体车库减震降噪需求的耗能阻尼器的安装使用方法：

a.本阻尼器可适用于多层(3层以上)立体车库的耗能减震。立体车库的架构越高，受到风力、地震以及来自电机工作产生的振动影响越强烈。同时为了节省空间，对于多层立体车库来说，周围很难再有空地为其安装维稳装置，所以立体车库架构的稳定性和抗震动性能必须足够好，而仅仅依靠钢架构本身是很难做到的。

本方案中的阻尼器可以安装在车库钢架构的下部(底层或者倒数1,2层，视具体层数而定)，以斜放的方式安装，如图6所示。当外界震动来临时(风震、地震，机械设备产生的震动等)，架构产生微小的形变，此时阻尼器产生作用，通过合金丝的拉伸和压缩作用，将震动能量消耗掉，达到减震的目的。

b.为了节约用地，目前越来越多的立体车库会选择依楼而建，或靠在楼的外墙上，或建在楼内。不管以怎样的形式，立体车库运行的过程中，其产生的震动会通过与楼板(面)的接触传至楼内，且产生的噪音属于低频噪音，穿透率极强，对楼内人员的工作休息产生了很大的影响。对于依楼而建的立体车库，可以在车库与楼的连接处安装多个阻尼器，用以减弱震动产生的噪音，如图7所示。

c.除此之外，该阻尼器同样可以安装在载车板和钢索的连接处，以此消除钢索因为震动而产生的噪音和维护载车板的稳定性。

本发明是基于阻尼器的减震效果来达到维护架构稳定以及消除噪音的效果。因此最佳实施方案应是在架构底层、与楼接触面上多方向的安装阻尼器，从而达到最大化的消除振动噪音的目的。另外在提升汽车的钢索上也可以安装此阻尼器，用来实现载车板的稳定和噪音控制。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下所做出的改进也应视为本发明的保护范围。