[發(fā)明專利]多向自復位形狀記憶合金鉛阻尼器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610585626.2
• 申請日: 2016-07-22
• 公開（公告）號: CN106013497B
• 公開（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉明明;遲恒;李建波
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心21200
• 代理人: 溫福雪,李寶元

技術領域

本發(fā)明涉及多向自復位形狀記憶合金鉛阻尼器，適用于工程結構耗能減振技術領域。

背景技術

強震及強風等外荷載對工程結構的安全性帶來嚴重威脅，僅通過提高結構自身的剛度及強度，并不能很好的進行消能減震，從而對結構自身造成破壞。這需要使激勵外荷載輸入的能量依據某種機理將其轉變?yōu)闊崮芑蚱渌芰啃问侥軐⑵浜纳⒌簦瑥亩Ｗo結構自身不會被破壞。通過在結構內外添加阻尼器的方法來實現結構振動控制表現出好的控制效果。

目前常用的耗能裝置存在各自的不足，如粘彈性阻尼器易老化、粘滯阻尼器的維護困難。為解決不可恢復，耐久性不強，振動后需要維護等問題。形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,簡稱SMA)是一種對形狀有記憶功能的新型智能材料。其自身具有的超彈性，其可恢復應變達到6％至8％，極限強度超過1000MPa，使用SMA材料制作的阻尼器和其他阻尼器相比具有抗老化、可靠性強、耐久性強等特點。選擇此材料作為阻尼器可提高結構的振動被動控制能力。金屬屈服阻尼器中，鉛阻尼器具有耗能性能好，使用周期長等特點。工作原理為金屬鉛進入塑性屈服階段后通過吸收外荷載輸入的能量來達到耗能減振的作用。其中剪切型-阻尼器為利用鉛受剪切屈服后產生塑性變形來耗能。而鉛振動后發(fā)生的塑性變形不可自恢復。并且傳統(tǒng)的鉛阻尼器不適應于不同大小的拉伸及扭轉阻尼力的調節(jié)。

目前已研制開發(fā)的阻尼器大多僅僅應用于單一方向的振動控制，而荷載響方向通常是隨機的，研究多向控制的阻尼器具有工程實際意義。

發(fā)明內容

為了解決結構受強荷載作用可能會產生大變形導致結構破壞等問題，本發(fā)明提供了多向自復位形狀記憶合金鉛阻尼器，進行減振耗能。由于阻尼器在安裝處的受力可能是扭轉或是拉壓，所以依據外荷載輸入的多向性，本發(fā)明的特點為在阻尼器的徑向和環(huán)向上皆可工作減振耗能。多向自復位形狀記憶合金鉛阻尼器，其模型為(如圖1)，阻尼器從功能上分類主要由兩部分裝置組成。第一部分是利用鉛剪切耗能裝置，第二部分是對阻尼器內部各部分的自復位裝置。本發(fā)明具有多向可調節(jié)阻尼力的功能，并且多向阻尼器相比傳統(tǒng)單向阻尼，不僅是功能上的疊加，更拓展其適用范圍。

多向自復位形狀記憶合金鉛阻尼器，包括連接桿1、第一內筒-左蓋板2、SMA彈簧夾具3、外筒-固定螺栓4、SMA彈簧5；第三內筒6、外筒7、固定板8、預應力調節(jié)環(huán)板9、SMA絲10、拉桿11、右側拉環(huán)12、左側拉環(huán)13、連接筒14、外筒-左蓋板15、內筒-固定螺栓16、預應力調節(jié)板17、左拉板18、第一鉛塊19、第二鉛塊20、第一內筒21、第二內筒22、右拉板23、第一內筒-右擋板24、SMA絲夾具25、外筒-右蓋板26；

第一內筒21與第二內筒22間安裝第一鉛塊19、第二內筒22和第三內筒6間安裝第二鉛塊20，構成雙層剪切型-鉛阻尼器；

外筒7兩端分別為外筒-左蓋板15和外筒-右蓋板26，左側拉環(huán)13、連接桿1、連接筒14依次焊接，并固定于外筒-左蓋板15的中心處；拉桿11右端焊接拉環(huán)12，拉桿11左端依次焊接第一內筒-右擋板24和第一內筒21，第一內筒21左端焊有第一內筒-左蓋板2；第一內筒21的中間段，即第一內筒-左蓋板2和第一內筒-右擋板24間外表面開槽；將第一鉛塊19的下半部分嵌入于第一內筒21外表面的槽中，第一鉛塊19的上半部分嵌入于第二內筒22內壁開的槽中；在第二內筒22外表面開槽，將第二鉛塊20的下半部分嵌入于第二內筒22外表面的槽中，將第二鉛塊20的上半部分嵌入于第三內筒6內壁開的槽中；

自復位裝置由SMA彈簧5和SMA絲10組成，SMA彈簧5負責第二內筒22向左拉伸及扭轉時自復位，SMA絲10負責拉桿11的扭轉及拉壓時自復位。四組SMA彈簧5安裝于第三內筒6和外筒7間形成的中部空腔內，SMA彈簧5左端依次穿過固定板8、左拉板18和預應力調節(jié)板17，右端依次穿過固定板8和右拉板23，并通過SMA彈簧夾具3旋緊拉固；三排共9根SMA絲10以環(huán)向夾角45度依次穿過拉桿11和外筒7開設的孔中，并通過預應力調節(jié)環(huán)板9和SMA絲夾具25配合固定；SMA絲10橫向安裝于外筒7；通過調節(jié)SMA彈簧夾具3、SMA絲夾具25分別改變SMA彈簧5、SMA絲10的初始應力變形，進而調阻尼力。SMA材料由于其超彈性具有較強的自復位能力，且其本身具有的抗疲勞，較高的拉伸扭轉強度等特性，在高消能后能夠使阻尼器能夠恢復初始狀態(tài)。