本实用新型涉及一种基于形状记忆合金丝具有复阻尼特征的摩擦阻尼器，可应用于工程结构减振控制，属于振动控制技术领域。
背景技术：
工程结构减振和隔振领域采用的减振阻尼器目前大体上可分为速度相关型和位移相关型两大类，位移相关型阻尼器主要包括利用金属材料塑性变形耗能的各种金属阻尼器和利用摩擦机制耗能的各类摩擦阻尼器；速度相关型阻尼器目前主要包括利用粘滞流体通过阻尼孔产生阻尼力耗散能量的粘滞阻尼器和利用粘弹性材料塑性能力耗能的粘弹性阻尼器。大多数位移相关型阻尼器具有明确的开始耗能的阻尼力阈值，当阻尼器受力小于该阈值时，阻尼器提供弹性刚度，不产生能量消耗，当其受力超过该阈值后，阻尼器进入屈服状态或摩擦滑动状态，开始耗散能量，但其阻尼力随变形的增长通常很小或者不再增长。从这个角度看，位移相关型阻尼器通常需要设定其发挥耗能作用的变形条件，变形小于设定值时，阻尼器不起耗能作用，而当变形远大于设定值，由于对阻尼力的增长较小，其附加的等效阻尼比将随变形的增加而减小，仅在设定变形幅值附近可提供预期的附加阻尼比。粘滞阻尼器则可随速度变化提供不同的阻尼力和能量消耗，速度越高、阻尼力越大、消耗能量越多，不存在位移相关型阈值问题，因而在工程结构的减振控制中粘滞阻尼器的使用要多于位移相关型阻尼器。不过粘滞阻尼器的加工精度和密封要求要远远高于位移相关型阻尼器，这导致其造价也要远远高于一般的位移相关型阻尼器，综合其性价比不如后者。但在一些特殊情况下，粘滞阻尼器具有一些位移相关型阻尼器不具备的优势，通常情况下不能用位移型阻尼器替代。例如对于TMD减振结构体系，未获得最优的减震效果，TMD子结构的阻尼比存在最优值，且其振幅通常不确定，采用位移相关型阻尼器明显是不行的：如果选择过高的起阻尼力阈值，会导致TMD不能适时启动而失去调频减振作用；选择过小的起滑力阈值，又会出现耗能能力不足缺陷，导致TMD在大振幅作用下控制效果不佳。因而目前的TMD减振工程应用中，绝大多数情况下都是采用粘滞阻尼器提供阻尼力。另外，常规摩擦阻尼器需要预加摩擦正应力，摩擦界面在长期处于高应力状态下的摩擦性能会发生变化。
技术实现要素：
本实用新型为了解决现有阻尼器的上述缺陷，本实用新型提出了一种基于形状记忆合金丝具有复阻尼特征的摩擦阻尼器，用以提供复阻尼特征以及稳定的摩擦界面。
为实现上述实用新型，本实用新型提供的技术方案如下：
基于形状记忆合金丝具有复阻尼特征的摩擦阻尼器，所述阻尼器包括摩擦板、上部固定板、下部固定板、端板、形状记忆合金丝、螺栓孔、头部带孔螺栓；所述摩擦板夹在上部固定板以及下部固定板之间，上部固定板以及下部固定板均与端板铰接，所述摩擦板的两侧的突台分别与上部固定板以及下部固定板内部的凹槽吻合，上部固定板或下部固定板上设置有螺栓孔，所述头部带孔螺栓安装在所述螺栓孔中，形状记忆合金丝固定在头部带孔螺栓上，并预紧在上部固定板以及下部固定板的两端，从而将上部固定板以及下部固定板缠绕在一起；所述摩擦板可在上部固定板以及下部固定板之间左右往复摩擦移动。
进一步地，所述上部固定板以及下部固定板的一侧内部为凹槽用来限制摩擦板上的突台，另一侧的一端设置有突出连接头用来铰接在端板上。
进一步地，所述端板为上部固定板以及下部固定板上的突出连接头预留有凹槽，用于限制上部固定板以及下部固定板的位置。
进一步地，所述摩擦板的突台尺寸与上部固定板以及下部固定板的凹槽尺寸吻合，摩擦板和上部固定板以及下部固定板在突台和凹槽位置组装在一起。
进一步地，所述突台和凹槽的形状均为相对的楔形，包括一个水平摩擦面和两侧相对的倾斜摩擦面。
进一步地，所述形状记忆合金丝为高性能镍-钛合金，且形状记忆合金丝的准许变形量大于摩擦板的突台高度的2倍。
相对于现有技术，本实用新型具有如下技术效果：
该阻尼器制作简单、成本低廉、性能稳定，同时该阻尼器还具有以下优点：
1)阻尼力随变形线性变化，具有复阻尼特征，在大多数情况下可替代粘滞阻尼器。即该阻尼器在变形从初始位置增大时(即加载过程)，提供随位移幅值线性增加的阻尼力，当其从振幅位置向初始位置回复时(即卸载过程)，提供随位移幅值线性减小的阻尼力，且相同变形位置处对应的加载过程阻尼力等于卸载过程阻尼力。由于加载过程和卸载过程都是线性的，二者对应的力-变形曲线所围面积(即为耗散的能量)也随着振幅的增加而线性增加；当结构保持弹性时，该阻尼器附加给结构的等效阻尼比不受变形幅值的影响，具有复阻尼的特征。复阻尼力随变形幅值线性变化，粘滞阻尼力随变形速度线性变化，在绝大多数工程应用条件下，包括TMD减振结构体系中，两种阻尼具有相近的减振效果。而本实用新型的造价远低于粘滞阻尼器，性价比占优。
2)摩擦界面初始状态无接触应力，即本实用新型提出的阻尼器虽然也是基于摩擦机制提供耗能，但在初始状态时，摩擦界面接触应力为零，有利于保证摩擦界面的性能稳定性，这也是一个重要的优点。
附图说明
图1是本实用新型的基于形状记忆合金丝具有复阻尼特征的摩擦阻尼器结构侧视图；
图2是图1的俯视图；
图3(a)(b)(c)分别是摩擦板俯视、侧视和前视图；
图4(a)(b)(c)分别是上、下部固定板俯视、侧视和前视图；
图5(a)(b)(c)分别是端板俯视、侧视和前视图；
图6是图5中a-a剖面图；
图7是头部带孔螺栓结构示意图；
图8是本实用新型阻尼器滞回曲线。
具体实施方式
下面结合附图1-8和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
基于形状记忆合金丝具有复阻尼特征的摩擦阻尼器，阻尼器包括摩擦板1、上部固定板2、下部固定板3、端板4、形状记忆合金丝5、螺栓孔6、头部带孔螺栓7。摩擦板1夹在上部固定板2以及下部固定板3之间，上部固定板2以及下部固定板3均与端板4铰接。摩擦板1的两侧的突台分别与上部固定板2以及下部固定板3内部的凹槽吻合，上部固定板2或下部固定板3上设置有螺栓孔6。头部带孔螺栓7安装在所述螺栓孔6中，形状记忆合金丝5固定在头部带孔螺栓7上，并预紧在上部固定板2以及下部固定板3的两端，从而将上部固定板2以及下部固定板3缠绕在一起。摩擦板1可在上部固定板2以及下部固定板3之间左右往复摩擦移动。上部固定板2以及下部固定板3的一侧内部为凹槽用来限制摩擦板上的突台，另一侧的一端设置有突出连接头用来铰接在端板4上。端板4为上部固定板2以及下部固定板3上的突出连接头预留有凹槽，用于限制上部固定板2以及下部固定板3的位置。端板4完全限制上部固定板2以及下部固定板3横向移动，纵向上为上部固定板2以及下部固定板3留有等同于摩擦板1突台高度的空间。摩擦板1的突台尺寸与上部固定板2以及下部固定板3的凹槽尺寸吻合，摩擦板1和上部固定板2以及下部固定板3在突台和凹槽位置组装在一起。突台和凹槽的形状均为相对的楔形，包括一个水平摩擦面和两侧相对的倾斜摩擦面。形状记忆合金丝5为高性能镍-钛合金，且形状记忆合金丝5的准许变形量大于摩擦板1的突台高度的2倍。
本实施例中，上部固定板2上开有四个螺栓孔6，用于固定头部带孔螺栓7。所述形状记忆合金丝5需固定在头部带孔螺栓7上，再在俩固定板上缠绕一定圈数后，另一端通过头部带孔螺栓7，固定在螺栓孔6位置上。通过头部带孔螺栓7旋转预紧形状记忆合金丝5，使摩擦板1的突台的水平和倾斜摩擦面与上部固定板2以及下部固定板3的凹槽的水平和倾斜摩擦面分别接触。
当阻尼器安装于结构上时，分别连接在端板4和摩擦板1上。初始状态时，形状记忆合金丝5处于预紧状态，当摩擦板1进行加载时，摩擦板1的突台会挤压上下俩固定板2、3的凹槽，挤压与之相接触的斜面，而该摩擦板1与俩固定板相对移动，俩固定板被挤开，形状记忆合金丝5变形后产生的压力会通过俩固定板传递到俩固定板内侧水平和倾斜摩擦面上，形状记忆合金丝5变形量越大，俩固定板内侧突台和凹槽之间的摩擦力就越大，且摩擦力与形状记忆合金丝变形量呈线性关系。加载时，阻尼力等于固定板内侧突台和凹槽之间的摩擦力；当摩擦板从位移幅值处卸载时，阻尼力同样等于固定板内侧突台和凹槽之间的摩擦力。因此，在往复荷载作用下阻尼器的滞回曲线为位于一，二象限和三，四的两个对角三角形，具有复阻尼特征。同时，初始状态时，所述突台和凹槽摩擦面之间无预压力即接触应力为零，故阻尼器的加载不需要起滑力，这有利于保证摩擦界面的性能稳定。
本实施例的一种基于形状记忆合金丝具有复阻尼特征的摩擦阻尼器，能提供具有“三角形”线性复刚度特征的滞回曲线，且性能稳定，不存在起滑力问题。图8所示即为本实施例的一种基于形状记忆合金丝具有复阻尼特征的摩擦阻尼器的试验所得滞回曲线，在往复荷载作用下其滞回环线为一，二象限和三，四的两个对角三角形。位移幅值15mm，性能比较稳定，具有复阻尼特征。
上述实施例只是为了更清楚说明本实用新型的技术方案做出的列举，并非对本实用新型的限定，本领域的普通技术人员根据本领域的公知常识对本申请所述技术方案的变通亦均在本申请保护范围之内，总之，上述实施例仅为列举，本申请的保护范围以所附权利要求书所述范围为准。