专利名称：形状记忆合金损伤应急修复智能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种损伤应急修复智能装置，具体地说是一种用于建筑物的损伤监测和损伤应急修复的智能装置。
背景技术：
随着经济、社会和科学技术的飞速向前发展，现代工程结构不断向超高层、重载、大跨度和巨型结构发展，其使用情况和工作条件与以往相比发生了较大的变化，不仅对工程结构在正常使用状态或不可抗拒外因作用下的安全性要求越来越高，且要求其使用期限都长达一百年，甚至更高。在服役过程中，一方面由于环境荷载、疲劳效应、腐蚀效应和材料老化等不利因素的影响，结构将不可避免地产生损伤积累、抗力衰减，甚至导致突发事故；另一方面，地震、台风等自然灾害可能使工程结构或城市基础设施发生破坏甚至倒塌，造成严重的人员伤亡和经济财产损失。我国地震区域广阔而分散，地震频繁而强烈。在二十世纪内，地震等于或大于8的强地震已经发生9次之多，不但造成了巨大的人员伤亡，强震区域内的房屋、工业厂房与设备、城市建设、交通运输、水电设施等都受到极其严重的破坏。此外在各种自然灾害中，风灾造成的损失占总自然灾害损失的40.5％，强风给工程结构，特别是高、大、细、长等柔性结构造成破坏和损失，是风灾损失的主要成分。据德国统计资料推算，世界风灾每年造成损失达137.7亿美元，我国仅1994年9415号台风袭击浙江，就造成直接和间接经济损失达20多亿美元。因此，如何使土木工程结构具有自动探测和预报自身损伤状况，同时主动控制和抑制损伤的进一步发展，是多年来世界范围内的研究者和工程师们研究的最广泛和深入的热点课题之一。“智能材料结构”的出现为土木工程结构智能损伤监测、损伤应急修复提供了广阔的发展空间。20世纪80年代，美国首先提出了这一构想，即构造具有类似生命体结构及功能的“活”材料系统，它融合了微电子技术和计算机技术，模糊了材料与系统之间的界限。“智能材料结构”这一概念的提出，引起了国际科学界和工程界的广泛关注，已成为当前材料科学和技术发展的前沿。智能材料结构是高技术、新材料体系，是一种能感知外部环境和内部状态改变、并通过自身机制对信息加以识别和推断、进而合理地决策并驱动结构做出相应反应的复合材料结构系统。目前，国外已经提出将其应用在航空航天飞行器的智能蒙皮、自适应机翼、空间平台、核反应堆、潜艇、海底工程等重要结构上，使结构将传感和驱动等多种功能集于一身，实现在线监测结构负载、应力、应变、温度、振动和损伤等的变化状况，通过健康自诊断、自适应调整、损伤自预警和自修复等智能功能和生物特征，减缓以至消除危害，从而提高结构运行的安全性和可靠性。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可以对结构中裂缝发展进行实时监测，而且一旦裂缝发展超过界限值时可以进行应急修复来抑制裂缝发展乃至使裂缝闭合，集损伤监测和损伤应急修复于一体的，结构较简单、安全可靠实用的形状记忆合金损伤应急修复智能装置。
本实用新型的目的是这样实现的它包括建筑构件，在建筑构件中设置有形状记忆合金丝，形状记忆合金丝的两端连接有分别与数据采集卡和恒流电源相连的导线。
本实用新型还可以包括这样一些结构特征所述的建筑构件是钢筋混凝土建筑构件，形状记忆合金丝分布于构件下部的主钢筋的两侧。
形状记忆合金丝的两端设置有定位夹具。
所述的形状记忆合金丝是NiTi或NiTiCu形状记忆合金丝中的一种。
目前较为成熟的智能材料主要有光纤、碳纤维、可控流体(磁流变液、电流变液)、磁致和电致伸缩材料、压电材料和形状记忆合金。作为传感元件，光纤具有较好的感知特性，但没有驱动性能。压电材料虽然同时具有感知与驱动功能，但可提供的应变很小，远远不能达到建筑结构的需求。而形状记忆合金集感知、驱动特性于一身，且变形能力大(最大变形可达8％)，可提供较大的回复力，同时具有超弹性和高阻尼特性，已成为实现结构智能监测与振动控制的重要智能材料。随着形状记忆合金智能材料性能的不断开发和应用，为结构智能化和最终形成土木工程结构智能损伤监测与修复的形状记忆合金系统提供了可能。主要体现在以下两个方面(1)利用形状记忆合金的感知特性将其作为传感元件，测量结构的应力、应变状态和裂缝开展情况，对结构的健康状况进行智能化监测，并在结构的损伤达到一定程度时自动报警；(2)利用形状记忆合金的驱动特性将其作为驱动元件，改变结构的应力、应变状态，对结构裂缝发展进行抑制；同时利用形状记忆合金的感知和驱动，实现土木工程结构的智能损伤监测和损伤应急修复的研究尚属空白。
本实用新型的装置利用NiTi或NiTiCu形状记忆合金的形状记忆效应，将形状记忆合金丝预埋在建筑结构构件中，对服役中的建筑结构进行损伤监测和损伤应急修复。由于形状记忆合金具有感知和驱动双重功能，可以方便地与损伤应急修复系统相配合，所以该损伤应急修复智能装置是为数不多的集损伤监测和损伤应急修复于一体的智能装置。另外NiTi或NiTiCu形状记忆合金丝具有很强的耐腐蚀性及很好的耐久性，因此该种损伤应急修复智能系统在耐久性及耐腐蚀性方面有很大的优势。本实用新型装置具有结构较简单、安全可靠实用等优点。
通过损伤监测子系统可对结构中的裂缝损伤进行实时监测，一旦结构中的裂缝发展超过界限值，系统立即自动报警，同时形状记忆合金损伤应急修复智能系统立即启动应急修复子系统给预埋在结构中的形状记忆合金丝通电。形状记忆合金丝在电流的激励下迅速升温产生很大的受限回复力，在结构内产生压应力，从而抑制裂缝的发展或减小结构的裂缝宽度乃至使裂缝闭合。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A-A剖视图；图3是本实用新型的使用结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图举例对本实用新型做更详细地描述形状记忆合金损伤应急修复智能装置的构成包括建筑构件1，在建筑构件中设置有形状记忆合金丝2、3，形状记忆合金丝的两端连接有分别与数据采集卡和恒流电源相连的导线4、5、6、7。所述的建筑构件是钢筋混凝土建筑构件，形状记忆合金丝分布于构建下部的主钢筋10的两侧。形状记忆合金丝的两端设置有定位夹具8、9。其中的形状记忆合金丝是常温下处于马氏体的含预应变的NiTi或NiTiCu形状记忆合金丝。在实际应用过程中，将数据采集卡11与导线4、5相连，恒流电源12与导线6、7相连，数据采集卡输入预设有控制程序的计算机13，数据采集卡的输出连接转换模块14，转换模块连接恒流电源。
权利要求1.一种形状记忆合金损伤应急修复智能装置，它包括建筑构件，其特征是在建筑构件中设置有形状记忆合金丝，形状记忆合金丝的两端连接有分别与数据采集卡和恒流电源相连的导线。
2.根据权利要求1所述的形状记忆合金损伤应急修复智能装置，其特征是所述的建筑构件是钢筋混凝土建筑构件，形状记忆合金丝分布于构件下部的主钢筋的两侧。
3.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金损伤应急修复智能装置，其特征是形状记忆合金丝的两端设置有定位夹具。
4.根据权利要求1或2所述的形状记忆合金损伤应急修复智能装置，其特征是所述的形状记忆合金丝是NiTi或NiTiCu形状记忆合金丝中的一种。
5.根据权利要求3所述的形状记忆合金损伤应急修复智能装置，其特征是所述的形状记忆合金丝是NiTi或NiTiCu形状记忆合金丝中的一种。
专利摘要本实用新型提供的是一种形状记忆合金损伤应急修复智能装置。它包括建筑构件，在建筑构件中设置有形状记忆合金丝，形状记忆合金丝的两端连接有分别与数据采集卡和恒流电源相连的导线。本实用新型的装置利用NiTi或NiTiCu形状记忆合金的形状记忆效应，将形状记忆合金丝预埋在建筑结构构件中，对服役中的建筑结构进行损伤监测和损伤应急修复，集损伤监测和损伤应急修复于一体的，结构较简单、安全可靠。
文档编号G05B15/00GK2692267SQ20042001877
公开日2005年4月13日 申请日期2004年4月13日 优先权日2004年4月13日
发明者李惠, 欧进萍, 刘志强 申请人:李惠, 欧进萍, 刘志强