本實(shí)用新型涉及多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，屬于工程結(jié)構(gòu)耗能減振技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

強(qiáng)震及強(qiáng)風(fēng)等外荷載對工程結(jié)構(gòu)的安全性帶來嚴(yán)重威脅，僅通過提高結(jié)構(gòu)自身的剛度及強(qiáng)度，并不能很好的進(jìn)行消能減震，從而對結(jié)構(gòu)自身造成破壞。這需要使激勵外荷載輸入的能量依據(jù)某種機(jī)理將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芑蚱渌芰啃问侥軐⑵浜纳⒌?，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)自身不會被破壞。通過在結(jié)構(gòu)內(nèi)外添加阻尼器的方法來實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)振動控制表現(xiàn)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(hù)困難。為解決不可恢復(fù)，耐久性不強(qiáng)，振動后需要維護(hù)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(fù)應(yīng)變達(dá)到6％至8％，極限強(qiáng)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(qiáng)、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)。選擇此材料作為阻尼器可提高結(jié)構(gòu)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(diǎn)。工作原理為金屬鉛進(jìn)入塑性屈服階段后通過吸收外荷載輸入的能量來達(dá)到耗能減振的作用。其中擠壓型-鉛阻尼器為根據(jù)鉛受擠壓產(chǎn)生塑性變形而耗能。而鉛振動后發(fā)生塑性變形不可自恢復(fù)。并且傳統(tǒng)的鉛阻尼器不適應(yīng)于不同大小的拉伸及扭轉(zhuǎn)阻尼力的調(diào)節(jié)。

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

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決結(jié)構(gòu)受強(qiáng)荷載作用可能會產(chǎn)生大變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞等問題，本實(shí)用新型提供了多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，進(jìn)行減振耗能。由于阻尼器在安裝處的受力可能是扭轉(zhuǎn)或是拉壓，所以依據(jù)外荷載輸入的多向性，本實(shí)用新型的特點(diǎn)為在阻尼器的徑向和環(huán)向上皆可工作減振耗能。多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，其模型(如圖1)，阻尼器從功能上分類主要由兩部分裝置組成。第一部分是利用鉛擠壓耗能裝置，第二部分是對阻尼器內(nèi)部各部分的自復(fù)位裝置。本實(shí)用新型具有多向可調(diào)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。

多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，包括左側(cè)拉環(huán)1、連接桿2、連接筒3、內(nèi)筒-固定螺栓4、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5、外筒-固定螺栓6、SMA彈簧7、外筒8、第二鉛塊9、固定板10、右擋板11、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12、拉桿13、右側(cè)拉環(huán)14、連接筒蓋板15、左蓋板16、左擋板17、SMA彈簧夾具18、左拉板19、第二內(nèi)筒20、第一內(nèi)筒21、第一鉛塊22、右拉板23、SMA絲夾具24、SMA絲25、右蓋板26；

拉桿13與第一內(nèi)筒21間安裝第一鉛塊22、第二內(nèi)筒20和第一內(nèi)筒21間安裝第二鉛塊9，構(gòu)成雙層擠壓型-鉛阻尼器；

外筒8兩端分別為左蓋板16和右蓋板26，左側(cè)拉環(huán)1、連接桿2、連接筒蓋板15和連接筒3依次焊接，并固定于外筒8的左蓋板16的中心處；拉桿13右端焊接拉環(huán)14，拉桿13上焊接有左擋板17和右擋板11，其中，左擋板17位于拉桿13的左端，右擋板11位于右拉板23的外側(cè)，以防止由于拉力過猛位移變形過大，導(dǎo)致內(nèi)部阻尼器破壞；拉桿13的中間段，即左擋板17和右擋板11間焊接形狀為第一環(huán)向梯形體剛性阻礙；第一鉛塊22嵌入于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁開的槽中，第一環(huán)向梯形體剛性阻礙嵌入第一鉛塊22內(nèi)；第二鉛塊9嵌入于第二內(nèi)筒20內(nèi)壁開的槽中，第一內(nèi)筒21外側(cè)焊接第二環(huán)向梯形體剛性阻礙，第二環(huán)向梯形體剛性阻礙嵌入第二鉛塊9內(nèi)；

自復(fù)位裝置由SMA彈簧7和SMA絲25組成，SMA彈簧7負(fù)責(zé)第一內(nèi)筒21向左拉伸及扭轉(zhuǎn)時自復(fù)位，SMA絲25負(fù)責(zé)拉桿13的扭轉(zhuǎn)及拉壓時自復(fù)位。四組SMA彈簧7安裝于第二內(nèi)筒20和外筒8間形成的中部空腔內(nèi)，SMA彈簧7左端依次穿過固定板10、左拉板19和預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5，右端依次穿過固定板10和右拉板23，并通過SMA彈簧夾具18旋緊拉固；三排共9根SMA絲25以環(huán)向夾角45度依次穿過拉桿13和外筒8開設(shè)的孔，并通過預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12和SMA絲夾具24配合固定；通過調(diào)節(jié)SMA彈簧夾具18、SMA絲夾具24分別改變SMA彈簧7、SMA絲25的初始應(yīng)力變形，進(jìn)而調(diào)阻尼力。SMA材料由于其超彈性具有較強(qiáng)的自復(fù)位能力，且其本身具有的抗疲勞，較高的拉伸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度等特性，在高消能后能夠使阻尼器恢復(fù)初始狀態(tài)。

在第一內(nèi)筒21左側(cè)焊接左拉板19，在第二內(nèi)筒20左右兩側(cè)分別焊接環(huán)形固定板10；左側(cè)固定板10上設(shè)有四個通孔，通孔型為以環(huán)向40度的環(huán)形孔；右側(cè)固定板10及右拉板23在指定標(biāo)高軸線處開設(shè)小圓孔；預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5通過固定螺栓4固定在左拉板19上；固定板10通過外筒-固定螺栓6固定在外筒8上。

本實(shí)用新型的有益效果：該多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器穩(wěn)定性強(qiáng)，較強(qiáng)的自恢復(fù)特性，且具有耐久性和抗疲勞的特性。多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器能有效提高結(jié)構(gòu)的抗振性能，并且雙層擠壓鉛塊布置使其具有小變形且高阻尼力的特點(diǎn)，以上優(yōu)點(diǎn)使其具有應(yīng)用于市場后廣闊的前景。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型圖1的a-a截面剖面圖。

圖3是本實(shí)用新型圖1的b-b截面剖面圖。

圖4是本實(shí)用新型圖1的c-c截面剖面圖。

圖5是本實(shí)用新型圖1的d-d截面剖面圖。

圖6是本實(shí)用新型推拉桿平面圖。

圖7是本實(shí)用新型推拉桿1-1截面剖面圖。

圖8是本實(shí)用新型推拉桿2-2截面剖面圖。

圖9是本實(shí)用新型推拉桿3-3截面剖面圖。

圖10是本實(shí)用新型預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板平面圖。

圖11是本實(shí)用新型預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板剖面圖。

圖12是本實(shí)用新型固定板平面圖。

圖13是本實(shí)用新型固定板剖面圖。

圖中：1左側(cè)拉環(huán)；2連接桿；3連接筒；4內(nèi)筒-固定螺栓；5預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板；6外筒-固定螺栓；7SMA彈簧；8外筒；9第二鉛塊；10固定板；11右擋板；12預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板；13拉桿；14右側(cè)拉環(huán)；15連接筒蓋板；16左蓋板；17左擋板；18SMA彈簧夾具；19左拉板；20第二內(nèi)筒；21第一內(nèi)筒；22第一鉛塊；23右拉板；24SMA絲夾具；25SMA絲；26右蓋板。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

多向高耗能自復(fù)位形狀記憶合金雙層擠壓型-鉛阻尼器，包括左側(cè)拉環(huán)1、連接桿2、連接筒3、內(nèi)筒-固定螺栓4、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)板5、外筒-固定螺栓6、SMA彈簧7、外筒8、第二鉛塊9、固定板10、右擋板11、預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12、拉桿13、右側(cè)拉環(huán)14、連接筒蓋板15、左蓋板16、左擋板17、SMA彈簧夾具18、左拉板19、第二內(nèi)筒20、第一內(nèi)筒21、第一鉛塊22、右拉板23、SMA絲夾具24、SMA絲25、右蓋板26；左側(cè)拉環(huán)1、右側(cè)拉環(huán)14在中軸線上以互成90度角布置，目的除了使阻尼器與結(jié)構(gòu)連接牢固外，同時考慮到兩側(cè)受到拉伸和扭轉(zhuǎn)兩個方向的力矩，使阻尼效果更好。

本阻尼器適用于多向受力情況，分別從環(huán)向扭轉(zhuǎn)時及徑向拉壓時闡述其耗能減振機(jī)理，首先，當(dāng)拉桿13向左拉伸時，與第一內(nèi)筒21發(fā)生相對位移，同時左拉板19、右拉板23限制第一內(nèi)筒21自由移動，使焊接于拉桿13外側(cè)的第一環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓嵌入于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁槽中第一鉛塊22，隨著向左壓力的增大，第一內(nèi)筒21將往左側(cè)移動，與第二內(nèi)筒20發(fā)生相對位移，由于第二內(nèi)筒20固定于外筒8上，使焊接于第一內(nèi)筒21外側(cè)的第二環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓嵌入于第二內(nèi)筒20內(nèi)壁槽中第二鉛塊9，與此同時左拉板19帶動SMA彈簧7左移，與右拉板23發(fā)生相對位移，從而向左拉伸SMA彈簧7。當(dāng)拉桿13向右拉伸時，與第一內(nèi)筒21發(fā)生相對位移，由于左拉板19受阻于固定板10，使焊接于一體的第一內(nèi)筒21右移動受限。使焊接于拉桿13外側(cè)的第一環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓嵌于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁槽中第一鉛塊22。在整個過程中時，由于拉桿13左移使其與外筒8發(fā)生相對位移，拉伸SMA絲25。在整個過程中SMA絲25、SMA彈簧7拉伸耗能，第二鉛塊9、第一鉛塊22受環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓耗能。拉壓變形后，由于SMA絲、SMA彈簧的較強(qiáng)的超彈性，使得整個裝置在移動過后恢復(fù)到原來的位置。

當(dāng)右側(cè)拉桿13與左側(cè)連接桿2發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，由于左拉板19、右拉板23連接于處于預(yù)拉伸狀態(tài)的SMA彈簧7的兩端，且左拉板19焊接于第一內(nèi)筒21的左端，限制第一內(nèi)筒21的自由轉(zhuǎn)動，使拉桿13轉(zhuǎn)動與第一內(nèi)筒21發(fā)生相對轉(zhuǎn)角。焊接于拉桿13外側(cè)第一環(huán)向梯形體剛性阻礙沿環(huán)向擠壓嵌入于第一內(nèi)筒21內(nèi)壁槽中第一鉛塊22。隨著承受高扭轉(zhuǎn)力的增大，第一內(nèi)筒21繞軸線發(fā)生轉(zhuǎn)動。由于第二內(nèi)筒20固定于外筒8上，第一內(nèi)筒21與第二內(nèi)筒20發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，焊接于第一內(nèi)筒21外側(cè)第二環(huán)向梯形體剛性阻礙沿環(huán)向擠壓嵌入于第二內(nèi)筒20內(nèi)壁槽中第二鉛塊9。在扭轉(zhuǎn)的過程中，左拉板19將使左端SMA彈簧7繞固定板10上環(huán)形孔沿環(huán)向轉(zhuǎn)動，與右端發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，此過程中彈簧將受到拉伸及扭轉(zhuǎn)力的作用。而扭轉(zhuǎn)后，由于SMA彈簧本身就有的超彈性，將帶動左拉板19與第一內(nèi)筒21自恢復(fù)到初始位置。在整個扭轉(zhuǎn)的過程中，拉桿13扭轉(zhuǎn)使其與外筒8沿環(huán)向發(fā)生相對轉(zhuǎn)角，從而拉伸固定于預(yù)應(yīng)力調(diào)節(jié)環(huán)板12依次穿過外筒8、拉桿13的預(yù)應(yīng)力SMA絲25。扭轉(zhuǎn)后，由于SMA絲材料具有超彈性，使拉桿13自恢復(fù)到初始位置。在整個過程中SMA絲25、SMA彈簧7拉扭轉(zhuǎn)耗能，第二鉛塊9、第一鉛塊22沿環(huán)向受環(huán)向梯形體剛性阻礙擠壓耗能。預(yù)應(yīng)力SMA絲及SMA彈簧不僅具有良好的高耗能特性，且分別負(fù)責(zé)兩套內(nèi)筒裝置的自復(fù)位，從而確保整個裝置在使用后能準(zhǔn)確復(fù)位。

本實(shí)用新型主要特點(diǎn)為，由于采用擠壓型金屬鉛及SMA材料來消能減震高耗能使其具有穩(wěn)定性強(qiáng)，耐久性好、阻尼力可調(diào)節(jié)。組裝采用雙層鉛塊使得可調(diào)節(jié)的阻尼力提升。