一种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，适用于工程结构的减振控制，属于土木工程领域。
【背景技术】
[0002]工程结构系统在受到外界的干扰或激励时都会产生响应，这是因为激励使系统获得了能量的输入。同时，系统又能将输入的能量通过某种机理转变为热能或其他能量形式而消耗掉，使输入能量和耗损能量保持平衡。这种系统耗损能量的能力称为阻尼。对庞大的土木工程结构而言，依靠自身的阻尼耗能特性抵抗外来振动并不可靠。随着新型阻尼耗能技术的不断提出，利用结构添加外部元件或内部添加元件的方式实现结构振动控制方式都体现了较好的控制效果。
[0003]金属屈服阻尼器是用软金属材料做成的各种形式的阻尼器，金属屈服后具有良好的滞回性能，利用某些金属具有的弹塑性滞回变形耗能，包括挤压型铅阻尼器、剪切型铅阻尼器、形状记忆合金(shape memory alloys,简称SMA)阻尼器等，它们的耗能机理是利用金属进入塑性屈服阶段吸收结构振动的部分能量来达到减振控制的。
[0004]剪切型铅阻尼器主要是利用铅受剪屈服后产生塑性变形来耗能的，具有使用寿命长，提供的阻尼力可靠且大小与变形速度无关，对微小位移变化敏感，工作性能十分稳定等特点，被广泛应用于结构减振控制。但此类阻尼器虽然具有很好的耗能效果，但振后会出现残余变形，不利于继续使用。
[0005]SMA是应用较为广泛的智能材料之一，在高于奥氏体相变温度时卸载，没有残余应变，称为超弹性，利用此特性SMA被广泛应用于智能装置的开发，使用形式有SMA丝材、SMA棒材、SMA弹簧等，SMA装置与传统装置相比，具有耐久性和耐腐蚀性好、使用期限长、允许变形大并且变形可恢复等一系列优点，但就目前的SMA阻尼器来看，虽然它有很好的自复位功能，但耗能效果并不明显，因此其应用受到了限制。
【发明内容】
[0006]为了减小结构振动以及强振后的残余变形，本发明提供了一种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，阻尼器模型(如图1)，阻尼器主要由两部分组成，一部分是耗能组，另一部分是复位组，同时满足高耗能和自复位能力。同时本发明提供的阻尼力可以调节，大大扩大了其适用范围。
[0007]本发明的技术方案:
[0008]—种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，由两部分组成，耗能组是由内筒的剪切型铅阻尼器以及安装于内筒6和外筒2之间的SMA丝5和SMA弹簧13组成，复位组由SMA丝5及SMA弹簧13组成，充分发挥了 SMA的超弹性特性，尤其SMA弹簧的自复位能力，使阻尼器在振动后能够恢复初始状态，不影响其继续使用。两组共同工作，同时利用铅块16剪切高耗能以及SMA弹簧13及SMA丝5的耗能特性，可同时进行减振。
[0009]—种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，包括前盖板12、后盖板17、左拉板15、右拉板9、固定板7、预应力调节板3、内筒6、外筒2、推拉杆11、形状记忆合金(SMA)丝5、形状记忆合金(SMA)弹簧13以及内置铅块16，四组SMA丝5依次穿过预应力调节板3、左拉板15、固定板7和右拉板9，预应力调节板3、左拉板15、固定板7和右拉板9均为环形结构，SMA丝5均布于外筒和内筒之间形成的中部空腔内，其两端分别用夹具4拉紧固定;左拉板15外侧设置预应力调节板3，通过调节螺栓14改变预应力调节板3和左拉板15间的距离，进而调节SMA丝5的初始应变;环形固定板7内环和内筒6焊接，其外环通过固定螺栓8和外筒2连接;推拉杆11为圆筒型结构，其一端和中部设有横向环形挡板，两横向环形挡板间均布有多个纵向挡板，两纵向挡板间形成凹槽；内筒6内侧设有与推拉杆11相对应的凹槽，推拉杆11凹槽和内筒6凹槽相对形成内部空腔，剪切铅块16直接嵌于内部空腔18内；外筒2与内筒6形成的前后空腔分别安装SMA弹簧13，其中，前空腔中的SMA弹簧13穿过焊接在前盖板12上的弹簧导杆10，后空腔中的SMA弹簧13穿过推拉杆11;前盖板12、后盖板17和连接杆I通过螺栓与外筒2连接，推拉杆11穿过后盖板17。
[0010]本发明通过调节调节螺栓14来调节预应力调节板3与左拉板15之间的距离来调节SMA丝5的初始应变和通过改变内置铅块16的数量，均可调节此阻尼器的阻尼力，使此阻尼器应用范围更广泛。
[0011 ]本发明的有益效果:本发明的阻尼器构造简单，零件较少，制作和安装过程简单，适用性强，维护方便，能有效提高结构的抗振性能，具有广阔的推广市场和应用前景。
【附图说明】
[0012]图1是本发明阻尼器的剖面结构示意图。
[0013]图2是本发明图1的a-a截面剖面图。
[0014]图3是本发明图1的b-b截面剖面图。
[0015]图4是本发明图1的c-c截面面图。
[0016]图5是本发明的内筒平面图。
[0017]图6是本发明的内筒剖面图。
[0018]图7是本发明的推拉杆平面图。
[0019]图8是本发明的推拉杆1-1截面剖面图。
[0020]图9是本发明的推拉杆2-2截面剖面图。
[0021]图10是本发明的预应力调节板平面图。
[0022]图11是本发明的预应力调节板剖面图。
[0023 ]图12是本发明的左拉板平面图。
[0024]图13是本发明的左拉板剖面图。
[0025]图14是本发明的右拉板平面图。
[0026]图15是本发明的右拉板剖面图。
[0027]图16是阻尼器安装位置示意图。
[0028]图中:I连接杆;2外筒；3预应力调节板;4夹具；5SMA丝;6内筒；7固定板;8固定螺栓;9右拉板;10弹簧导杆；11推拉杆;12前盖板;13SMA弹簧;14调节螺栓;15左拉板;16铅块；17后盖板;18内部空腔。
【具体实施方式】
[0029]以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0030]一种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，包括前盖板12、后盖板17、左拉板15、右拉板9、固定板7、预应力调节板3、内筒6、外筒2、推拉杆11、形状记忆合金(SMA)丝5、形状记忆合金(SMA)弹簧13以及内置铅块16，四组SMA丝5依次穿过预应力调节板3、左拉板15、固定板7和右拉板9，预应力调节板3、左拉板15、固定板7和右拉板9均为环形结构，SMA丝5均布于外筒和内筒之间形成的中部空腔内，其两端分别用夹具4拉紧固定;左拉板15外侧设置预应力调节板3，通过调节螺栓14改变预应力调节板3和左拉板15间的距离，进而调节SMA丝5的初始应变;环形固定板7内环和内筒6焊接，其外环通过固定螺栓8和外筒2连接;推拉杆11为圆筒型结构，其一端和中部设有横向环形挡板，两横向环形挡板间均布有多个纵向挡板，两纵向挡板间形成凹槽；内筒6内侧设有与推拉杆11相对应的凹槽，推拉杆11凹槽和内筒6凹槽相对形成内部空腔，剪切铅块16直接嵌于内部空腔18内；外筒2与内筒6形成的前后空腔分别安装SMA弹簧13，其中，前空腔中的SMA弹簧13穿过焊接在前盖板12上的弹簧导杆10，后空腔中的SMA弹簧13穿过推拉杆11;前盖板12、后盖板17和连接杆I通过螺栓与外筒2连接，推拉杆11穿过后盖板17。
[0031 ]当推拉杆11与连接杆I发生相对位移时，由于内筒6固定于外筒2中，同时由于推拉杆11端部与中部挡板的限制，左拉板15与右拉板9的运动会受到限制，因此左右拉板会产生相对位移，此时连接它们的处于预拉伸状态的SMA丝5继续受拉，因此推拉杆11不管是受压力还是拉力，SMA丝5都受到拉力作用，同时左右侧SMA弹簧13受到力的作用提供恢复力，内筒6与推拉杆11产生相对位移，导致内置铅块受剪。SMA丝、SMA弹簧与铅块同时工作，以此耗能。振动过后由于SMA丝和SMA弹簧的良好的自恢复能力，使得阻尼器恢复原状，达到自复位的功能，整个过程很好地实现了阻尼器的高耗能及自复位功能。
[0032]本发明通过调节调节螺栓14来调节预应力调节板3与左拉板15之间的距离来调节SMA丝5的初始应变和通过改变内置铅块16的数量，均可调节此阻尼器的阻尼力，使此阻尼器应用范围更广泛。
[0033]使用时将本发明安装在大型设备或建筑物能够产生相对位移的部位上，当结构振动时，阻尼器两侧杆件产生相对位移，部分能量被阻尼器耗散，以此减振耗能，减小主体结构的振动反应，振动停止后，阻尼器自复位。
[0034]本发明与现有技术相比有如下优点:高耗能、自复位、耐久性好、小位移敏感、阻尼力可调节、构造简单组装方便等。将会广泛应用于结构减振领域。
【主权项】
1.一种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，其特征在于，该自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器包括前盖板(12)、后盖板(17)、左拉板(15)、右拉板(9)、固定板(7)、预应力调节板(3)、内筒(6)、外筒(2)、推拉杆(11)、SMA丝(5)、SMA弹簧(13)以及铅块(16)，四组SMA丝(5)依次穿过预应力调节板(3)、左拉板(15)、固定板(7)和右拉板(9)，预应力调节板(3)、左拉板(15)、固定板(7)和右拉板(9)均为环形结构，SMA丝(5)均布于外筒和内筒之间形成的中部空腔内，其两端分别用夹具(4)拉紧固定;左拉板(15)外侧设置预应力调节板(3)，通过调节螺栓(14)改变预应力调节板(3)和左拉板(15)间的距离，进而调节SMA丝(5)的初始应变;环形固定板(7)内环和内筒(6)焊接，其外环通过固定螺栓(8)和外筒(2)连接;推拉杆(11)为圆筒型结构，其一端和中部设有横向环形挡板，两横向环形挡板间均布有多个纵向挡板，两纵向挡板间形成凹槽；内筒(6)内侧设有与推拉杆(11)相对应的凹槽，推拉杆(11)凹槽和内筒(6)凹槽相对形成内部空腔，剪切铅块(16)直接嵌于内部空腔(18)内；外筒(2)与内筒(6)形成的前后空腔分别安装SMA弹簧(13)，其中，前空腔中的SMA弹簧(13)穿过焊接在前盖板(12)上的弹簧导杆(10)，后空腔中的SMA弹簧(13)穿过推拉杆(11);前盖板(12)、后盖板(17)和连接杆(I)通过螺栓与外筒(2)连接，推拉杆(11)穿过后盖板(17)。2.根据权利要求1所述的自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，其特征在于，所述的内部空腔(18)内放置多块铅块(16)，用于调节此阻尼器的阻尼力。
【专利摘要】本发明提供了一种自复位形状记忆合金-剪切型铅复合耗能阻尼器，属于土木工程领域。该阻尼器包括前盖板、后盖板、左拉板、右拉板、固定板、预应力调节板、内筒、外筒、推拉杆、SMA丝、SMA弹簧和铅块。这种新型阻尼器具有自复位能力强及高耗能特性，并且阻尼力可调节，以及耐久性、抗腐蚀性、抗疲劳性能好，小变形敏感，工作温度范围大等优点，对于耗能减振具有很好的实际应用价值；使用时将本发明安装在大型设备或建筑物能够产生相对位移的部位上，当结构振动时，阻尼器两侧杆件产生相对位移，部分能量被阻尼器耗散，以此减振耗能，减小主体结构的振动反应，振动停止后，阻尼器自复位。
【IPC分类】E04B1/98
【公开号】CN105672520
【申请号】CN201610184450
【发明人】李宏男, 刘明明, 付兴
【申请人】大连理工大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月25日