挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，包括连接板，端封板，导向板，约束筒，控制单元，核心导杆和导向封板，所述连接板连接在所述约束筒的两端，所述约束筒的一端设有所述端封板，所述约束筒内部设有所述核心导杆，所述核心导杆的两端设有导向板和所述导向封板。本实用新型具有多工作状态、自动复位、响应频率高、阻尼能力强、性能较稳定等优点。
【专利说明】
挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器
技术领域
[0001]本实用新型是一种用于土木工程结构振动控制领域的智能控制装置，用于在动力灾害作用下的安全性和舒适度控制，属于土木工程结构耗能减振控制的技术领域，具体涉及一种挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器。
【背景技术】
[0002]结构减振控制通过在结构中合理设置减振耗能装置，来有效地控制结构的振动响应，使结构在地震、大风或其他动力干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。它对于提高土木工程结构的抗震、抗风能力，减小结构振动响应，减少灾害损失，满足结构安全和使用功能要求，具有重要的意义。近年来，智能材料和结构的发展成为结构减振控制的一个重要方向，人们利用电/磁流变液体、形状记忆合金材料、压电材料和电/磁致伸缩材料等智能驱动材料研制各类被动、主动和半主动的阻尼减振装置。如大出力磁流变阻尼器(CN101215860 A)、一种集成馈能的磁流变阻尼器(CN 204985491 U)、多层筒式压电摩擦阻尼器(CN 2014126074 U)、形状记忆合金自复位多维隔震支座(CN 102296702 B)、一种基于SMA材料的齿轮式自复位阻尼器(CN 104912228 A)等。然而，温控形状记忆合金响应速度慢，磁流变阻尼器利用磁流变液体对装置的加工制作要求较高，压电材料则主要在阻尼器中用作辅助材料，导致这些阻尼器难以实现真正意义上的智能化。
[0003]磁性形状记忆合金(Magnetic Shape Memory 41107，简写为]\^]\^)不仅具有马氏体相变引起的形状记忆效应和超弹性，而且具有马氏体变体重定向引起的磁致形状记忆效应和超弹性。它兼具压电陶瓷和磁致伸缩材料响应频率快、温控形状记忆合金输出应变和应力大的特点，是智能材料研究的热门之一。它在机械、传感等领域已经有了较多的装置研发，如磁控形状记忆合金自传感执行器(CN 101620412 A)、差动式磁控形状记忆合金执行器(CN 1633021 A)、磁控形状记忆合金蠕动型直线电机(CN 1474504 A)、一种高频驱动装置(CN 202798522 U)等装置。近年来，在结构振动控制领域亦有了一些原理上的研发，如磁控形状记忆合金伸缩作动器(CN 102359198 A)、基于磁控形状记忆合金的建筑物防震系统及其感应控制方法(CN 103382743 A)等。然而，由于材料的脆性和目前加工技术的限制，磁性形状记忆合金材料多为较小的块体，难以加工成丝材、棒材等尺度较大的构件形式，适用于土木工程结构的较大吨位的磁性形状记忆合金阻尼器较为少见。
[0004]因此，充分利用磁性形状记忆合金自身高响应频率、大输出位移和自动复位等优点，通过适当的构造设计以避免其在加工性能上的缺陷，开发一种适应于土木工程结构的大吨位智能阻尼器具有一定的实际意义。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，充分利用磁性形状记忆合金热磁力学性能、具有一定输出吨位和多种工作状态、适用于土木工程结构的阻尼器，用于土木工程结构在动力灾害作用下的耗能减振，该阻尼器在不通电、少量能源和足量能源时，分别能够实现被动、半主动和主动控制的功能，为真正的智能化控制提供硬件基础，同时，由于磁性形状记忆合金特殊的超弹性和形状记忆效应，能够实现振后自动复位功能。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现:
[0007]挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，包括连接板，端封板，导向板，约束筒，控制单元，核心导杆和导向封板，所述连接板连接在所述约束筒的两端，所述约束筒的一端设有所述端封板，所述约束筒内部设有所述核心导杆，所述核心导杆的两端设有导向板和所述导向封板。
[0008]进一步的，所述核心导杆由核心板和三角形滑块组成。
[0009]进一步的，所述核心板的三角形滑块的斜面上对称分布有若干控制单元。
[0010]优选的，所述控制单元由挤压壳、非导磁外壳、永磁体、线圈、磁性形状记忆合金块和传力导杆组成，所述挤压壳套在所述非导磁外壳外侧，并且能够相互错动。
[0011 ] 进一步的，所述磁性形状记忆合金块可采用Ni2MnGa、Ni2FeGa等磁性形状记忆合金或复合材料。
[0012]本实用新型的有益效果:
[0013]本实用新型作为一种耗能减振装置，能够有效控制土木工程结构在动力荷载作用下的响应，保护主体结构。该装置通过构造充分利用了磁性形状记忆合金块的超弹性和磁性形状记忆效应，不通电时表现为被动自复位金属阻尼器，少量能源通电时表现为半主动自复位金属阻尼器，足量能源通电时表现为主动控制作动器和复位器。该阻尼器充分考虑了目前磁性形状记忆合金较脆、仅能制作小尺寸构件等加工特点，具有多工作状态、自动复位、响应频率高、阻尼能力强、性能较稳定等优点。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器的外观示意图；
[0015]图2为本实用新型挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器的1-1剖面结构示意图；
[0016]图3为本实用新型挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器的2-2剖面结构示意图；
[0017]图4(a)为本实用新型挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器的3-3剖面结构示意图；
[0018]图4(b)为本实用新型挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器的4-4剖面结构示意图；
[0019]图5为本实用新型挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器的控制单元结构示意详图。
[0020]图中标号说明:1、连接板，2、端封板，3、导向板，4、约束筒，5、控制单元，51、弹簧，52、导磁垫板，53、线圈，54、永磁体，55、磁致形状记忆合金块，6、核心导杆，61、核心板，62、三角形滑块，7、导向封板，8、核心导杆。
【具体实施方式】
[0021]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
[0022]参照图1-图5所示，挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，包括连接板1，端封板2，导向板3，约束筒4，控制单元5，核心导杆6和导向封板7，所述连接板I连接在所述约束筒4的两端，所述约束筒4的一端设有所述端封板2，所述约束筒4内部设有所述核心导杆6，所述核心导杆6的两端设有导向板3和所述导向封板7。
[0023]进一步的，所述核心导杆6由核心板61和三角形滑块62组成。
[0024]进一步的，所述核心板61的三角形滑块62的斜面上对称分布有若干控制单元5。
[0025]优选的，所述控制单元5由挤压壳51、非导磁外壳52、永磁体53、线圈54、磁性形状记忆合金块55和传力导杆56组成，所述挤压壳51套在所述非导磁外壳52外侧，并且能够相互错动。
[0026]进一步的，所述磁性形状记忆合金块55可采用Ni2MnGa、Ni2FeGa等磁性形状记忆合金或复合材料，通过磁性形状记忆合金块(55)的超弹性效应和磁致形状记忆效应产生被动超弹性、半主动变阻尼和主动控制等多种控制模式。
[0027]优选的，所述约束筒4一般为箱形截面，内侧预留布置导线的槽道，并具有足够的刚度以约束控制单元，必要时可在内侧适当部位添加加劲肋。
[0028]本实用新型的原理:
[0029]当阻尼器两端的连接板I与结构共同工作时发生相对运动，从而推拉核心导杆6，使核心导杆6的三角形滑块62沿轴向相对运动，挤压控制单元5沿阻尼器径向产生相对位移，但由于控制单元5对外滑块产生径向约束作用，使得挤压壳51与三角形滑块62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组成。阻尼器核心导杆6沿某一方向运动，三角形滑块62—侧的控制单元5发挥作用，另一侧不发挥作用，调节三角形滑块62的底角角度可调节阻尼器位移与磁性形状记忆合金块55变形之间的关系，构成位移放大、等位移、位移减小等转换方式。
[0030]不通电时，利用磁性形状记忆合金块55的超弹性，在小位移的情况下，磁性形状记忆合金块55没有发生马氏体重定向，阻尼器仅给结构提供刚度;在大位移的情况下，磁性形状记忆合金块55发生了马氏体重定向，刚度极大降低，开始发生超弹性的滞回现象，通过金属内耗提供阻尼耗能;振动结束后，由于磁性形状记忆合金块55的超弹性效应，能够恢复初始状态，从而使阻尼器复位。
[0031 ]少量能源通电时，利用不同少量磁场下，磁性形状记忆合金块55的超弹性相变起始应力(类似一般钢材的屈服应力)的改变，进入半主动的控制状态。在小位移时，通电改变三角形滑块62—侧控制单元5中部分控制单元5中的磁性形状记忆合金块55状态，可改变阻尼器的刚度;在大位移时，根据计算所需最优屈服力，通电同时改变一侧控制单元中磁性形状记忆合金块55的相变起始应力;振动结束后，由于磁性形状记忆合金块55的超弹性效应，能够恢复初始状态，从而使阻尼器复位。
[0032]足量能源通电时，利用足量磁场下，磁性形状记忆合金块55的磁性形状记忆效应，进入自复位的主动控制状态。结构振动时，根据控制计算所需的电源，通电实时改变三角形滑块62—侧控制单元5中磁性形状记忆合金块55的状态，并挤压核心导杆6输出阻尼力，实现对结构的主动控制。振动结束后，利用磁性形状记忆合金块55的磁性形状记忆效应，通电使结构复位。
[0033]本实用新型的具体实施步骤:
[0034](I)对结构进行分析，计算出所需要的阻尼器设计参数，据此确定阻尼器约束筒4截面、控制单元5大小与个数、核心导杆6尺寸等设计参数。
[0035](2)根据设计参数制作磁性形状记忆合金块55，在其外侧制作骨架并包裹线圈54，线圈54外侧安装永磁体53，在这些部件外用包裹非导磁外壳52，在磁性形状记忆合金块55顶部安装传力导杆56，将传力导杆56与挤压壳51牢固连接，并将挤压壳51部分套在非导磁外壳52外侧，完成控制单元5的制作;可通过对永磁体53的调整调节初始的预压状态，控制非通电状态下的阻尼器力学特性。
[0036](3)根据设计参数加工核心导杆6的核心板61和三角形滑块62，并将两者固定在一起，在核心板61的一侧端部开螺栓孔，作为一侧的连接板I ；对挤压壳51和三角形滑块62的接触面进行处理，可根据需要处理为光滑平面或摩擦面。
[0037](4)完成约束筒4三个面的钢板拼装，通过剩余一面插入导向板3和导向封板7，并焊接固定;随后按设计位置插入核心导杆6，在核心导杆6和约束筒4之间安装控制单元5，并将控制单元5的非导磁壳52与约束筒4固接，控制单元5的导线通过约束筒4预留槽道引至约束筒4外;安装剩余一面的钢板，并与相邻两面焊接连接，同时与导向板3和导向封板7焊接连接。
[0038](5)最后，安装端封板2，并在端封板2外侧焊接连接板I，亦可将端封板2和连接板I整体加工成型，最终完成阻尼器的整体组装。
[0039]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，其特征在于，包括连接板(I)、端封板(2)、导向板(3)、约束筒(4)，控制单元(5)、核心导杆(6)和导向封板(7)，所述连接板(I)连接在所述约束筒(4)的两端，所述约束筒(4)的一端设有所述端封板(2)，所述约束筒(4)内部设有所述核心导杆(6)，所述核心导杆(6)的两端设有导向板(3)和所述导向封板(7)。2.根据权利要求1所述的挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述核心导杆(6)由核心板(61)和三角形滑块(62)组成。3.根据权利要求2所述的挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述核心板(61)的三角形滑块(62 )的斜面上对称分布有若干控制单元(5 )。4.根据权利要求3所述的挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述控制单兀(5)由挤压壳(51)、非导磁外壳(52)、永磁体(53)、线圈(54)、磁性形状记忆合金块(55)和传力导杆(56)组成，所述挤压壳(51)套在所述非导磁外壳(52)外侧，并且能够相互错动。5.根据权利要求4所述的挤压型自复位磁性形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述磁性形状记忆合金块(55)可采用Ni2MnGa、Ni2FeGa磁性形状记忆合金或复合材料。
【文档编号】E04B1/98GK205502280SQ201620181523
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月10日
【发明人】陈鑫, 李爱群, 高晓莹, 姚江峰
【申请人】苏州科技学院