[發明專利]螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器

無效

• 申請號: 200910011446.3
• 申請日: 2009-05-05
• 公開（公告）號: CN101576143A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 伊廷華;李宏男;王豐
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F16F15/12
• 分類號: F16F15/12;F16F15/121;F16F7/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心
• 代理人: 侯明遠

技術領域

本發明屬于土木工程及機械工程技術領域，涉及到一種螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器。

背景技術

在不確定的強風及地震作用下，僅依靠結構本身的性能來儲存和消耗外部能量，常常不能滿足安全性的要求，結構振動控制技術為工程結構的防災減災提供了一條合理有效的途徑。與主動、半主動控制方式相比，被動耗能減振技術相對較成熟，然而作為一種長期使用的控制裝置，耐久性和耐腐蝕性是目前耗能器中普遍存在的問題，如粘彈性阻尼器易于老化，粘滯阻尼器較難維護，摩擦阻尼器在長期使用時可靠性較差，軟鋼阻尼器有塑性殘余變形等。

此外，大量的震害分析表明，許多工程結構的破壞是由扭轉振動產生的，從國內外實際震害經驗可以得出，地震時引起結構產生扭轉振動的原因：一是由于地面質點間運動的差別，可使地面的每一部分不僅產生平動分量，而且也產生轉動分量。這種轉動分量迫使結構產生扭轉振動；二是結構的質量中心和剛度中心不重合，地震時作用在質量中心的慣性力將對剛度中心產生扭轉力矩，迫使結構產生平移扭轉耦聯的空間振動。在機械工程領域，不利的扭轉振動更是非常常見。

形狀記憶合金是一種新型功能材料，具有形狀記憶效應、超彈性和耐疲勞特性，利用形狀記憶合金的超彈性特性制作的被動耗能器可以克服上述問題。但現有的形狀記憶合金消能器主要利用奧氏體形狀記憶合金的阻尼特性，耗能能力有限，且目前研制開發的耗能器，通常僅具有軸向耗能減振能力，本身不易實現工程中的扭轉振動控制。

因此，開發一種具有抗扭轉振動能力、高阻尼特性、且具有自復位能力的耗能器對土木工程結構抵御地震災害及機械工程減小不利的扭轉振動都具有重要的現實意義。

發明內容

本發明提供了一種螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器，其目的是解決現有被動耗能器有殘余變形、耐久性差、僅具有軸向減振能力以及耗能能力有限等問題。

本發明的技術方案如下：

螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器，主要由上法蘭螺栓孔、上法蘭、馬氏體形狀記憶合金耗能環、轉軸、轉軸凸起、奧氏體形狀記憶合金絞線、固緊螺栓、鋼筒、滑槽、下法蘭螺栓孔和下法蘭組成。主要技術方案為：四個橢圓型鋼制凸起均勻焊接在鋼制轉軸上，第1和第3鋼制凸起相互平行，第2和第4鋼制凸起相互平行，第1、3和第2、4鋼制凸起相互垂直；每個鋼制凸起都套有馬氏體形狀記憶合金耗能環，沿每個馬氏體形狀記憶合金耗能環長軸的兩端各連接三根奧氏體形狀記憶合金絞線，奧氏體形狀記憶合金絞線穿過鋼筒，通過固緊螺栓將奧氏體形狀記憶合金絞線預拉伸應變至其超彈性平臺的中點；鋼制轉軸的上端與上法蘭連接，下端插入下法蘭的鋼制滑槽，下法蘭與鋼筒的下端連接；通過上法蘭和下法蘭將耗能器固定在結構需要進行扭轉控制的部位。

當上、下法蘭發生相對扭轉運動時，鋼制凸起將會擠壓馬氏體形狀記憶合金耗能環引起其形變耗能，兩者相互運動時也能夠相互摩擦耗能，且在整個運動過程中奧氏體形狀記憶合金絞線始終處于拉伸狀態，提供了大變形恢復能力，這三部分將共同提供強大的抗扭轉耗能能力，以抑制結構在平面內的扭轉振動；當振動結束時，奧氏體形狀記憶合金絞線將會使耗能器自動恢復到初始位置。

本發明的效果和益處體現在綜合利用了奧氏體形狀記憶合金的超彈性自復位能力和馬氏體形狀記憶合金的高阻尼特性和以及摩擦來共同耗能，大幅提高了耗能器的耗能能力；且該耗能器可恢復變形大、具有較好的抗腐蝕、抗疲勞性，維護費用低、構造簡單、安裝方便，將會廣泛的應用到土木工程及機械工程技術領域。

附圖說明

圖1是螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器的俯視圖。

圖2是螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器的側立面圖。

圖3是圖1中螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器的A-A剖面圖。

圖4是圖2中螺旋槳式形狀記憶合金抗扭轉耗能器的B-B剖面圖。

圖中：1.上法蘭螺栓孔；2.上法蘭；3.馬氏體形狀記憶合金耗能環；4.轉軸；5.轉軸凸起；6.奧氏體形狀記憶合金絞線；7.固緊螺栓；8.鋼筒；9.滑槽；10.下法蘭螺栓孔；11.下法蘭。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的實施步驟。

步驟1.對工程結構進行分析，計算出所要控制的扭轉力大小，根據所要達到的性能要求，確定耗能器的尺寸及參數。

步驟2.在鋼制轉軸4的上面均勻焊接四個橢圓型鋼制凸起5，第1和第3鋼制凸起相互平行，第2和第4鋼制凸起相互平行，第1、3和第2、4鋼制凸起相互垂直。