CN107313643B - Sma合金丝材自复位阻尼器及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SMA合金丝材自复位阻尼器及其制作方法，属于阻尼器领域。本发明包括U形卡槽和位于U形卡槽内可移动的导棒，U形卡槽包括一对侧板和底板，侧板的两端均对应设置有第一长圆孔和第二长圆孔，底板上设置有第一连接件；导棒的长度小于U形卡槽的深度，导棒的两端分别设置有第三长圆孔和第四长圆孔，导棒远离底板的一端设置有第二连接件；第一长圆孔和第三长圆孔内穿设有受拉运动连接棒，第二长圆孔和第四长圆孔内穿设有受压运动连接棒，受拉运动连接棒和受压运动连接棒的两端之间均环绕有SMA合金丝材。本发明结构简单、抗震能力强、稳定性高、便于制作加工并且能够实现SMA合金丝材在拉、压两种状态下的耗能和自复位。

Description

SMA合金丝材自复位阻尼器及其制作方法

技术领域

本发明涉及阻尼器技术领域，特别是指一种SMA合金丝材自复位阻尼器及其制作方法。

背景技术

建筑结构中常采用阻尼器来进行耗能减震，但是传统阻尼器结构复杂，多采用橡胶、钢垫片等材料制成，这种材料的稳定性和耐久性较差，工作稳定性不高，地震之后结构虽然不倒，但也不能在震后恢复原状，不能继续使用。超弹性形状记忆合金SMA作为智能材料之一，同时具备有耗能和恢复变形能力，可恢复应变可以高达6～8％。

申请号为201621060160.6的申请文件公开了一种混合控制自复位阻尼器，将一对钢槽的底板之间通过SMA丝材连接在一起，钢槽两侧设有钢板，钢槽和钢板之间通过高强螺栓连接，并且两者的接触面之间涂有摩擦涂料，压电陶瓷驱动器能够加大钢槽和钢板之间的摩擦力，该阻尼器工作时通过SMA丝材受拉变形和钢槽和钢板间的摩擦力进行耗能。该阻尼器结构复杂，制作麻烦，成本大，并且只能在受拉状态下进行工作，受压状态下并不能发挥SMA丝材的耗能复位能力，并且需要额外施加摩擦力，给使用带来不便。

申请号为201620712496.X的申请文件公开了一种新型基于SMA合金丝的土木工程用阻尼器，固定端板C中心处穿插有牵引杆，牵引杆向上延伸并在其首端固定有滑动端板A，固定端板D中心处的顶部设置有牵引杆，滑动端板A、滑动端板B、固定端板C、固定端板D上绕其中心位置一圈等间隔地穿插有四根连接杆，滑动端板A与固定端板C通过SMA合金丝连接，且其连接的SMA合金丝构成了外侧SMA合金丝组，滑动端板D与滑动端板B通过SMA合金丝连接，构成一组内侧SMA合金丝组，当牵引杆作往返运动时，内、外侧SMA合金丝组在外力作用下可以交替进行拉伸与回缩运动。该阻尼器对SMA丝材的用量较大，结构较为复杂，不便于制作加工，并且拉压状态下部分SMA丝材处于空闲状态，利用率不高。

发明内容

本发明提供一种结构简单、抗震能力强、稳定性高、便于制作加工并且能够实现SMA合金丝材在拉、压两种状态下的耗能和自复位的SMA合金丝材自复位阻尼器及其制作方法。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种SMA合金丝材自复位阻尼器，包括U形卡槽和位于所述U形卡槽内可移动的导棒，其中：

所述U形卡槽包括一对长条形的侧板和位于所述侧板之间的底板，所述侧板的两端均对应设置有第一长圆孔和第二长圆孔，所述第二长圆孔靠近所述底板，所述底板上设置有用于与外部结构主体连接的第一连接件；

所述导棒的长度小于所述U形卡槽的深度，所述导棒的两端分别设置有与所述第一长圆孔和第二长圆孔相对应的第三长圆孔和第四长圆孔，所述导棒远离所述底板的一端设置有用于与外部结构主体连接的第二连接件；

所述第一长圆孔和第三长圆孔内穿设有受拉运动连接棒，所述第二长圆孔和第四长圆孔内穿设有受压运动连接棒，SMA合金丝材以预紧状态环绕在所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒的两端之间。

进一步的，所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒上分别设置有用于预紧所述SMA合金丝材的第一凸面和第二凸面。

进一步的，所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒均为圆柱体，所述第一凸面和第二凸面均为设置在圆柱体一侧上且与所述SMA合金丝材位置对应的钢板。

进一步的，所述第一长圆孔和第三长圆孔的尺寸相同，所述第二长圆孔和第四长圆孔的尺寸相同；在所述第一长圆孔和第三长圆孔，第二长圆孔和第四长圆孔均对齐时，所述导棒靠近所述第四长圆孔的一端到所述底板的距离大于等于所述第二长圆孔的长度。

进一步的，所述第一长圆孔和第二长圆孔的长度相等。

进一步的，所述SMA合金丝材为镍钛SMA丝材，所述导棒为矩形板，所述侧板、底板和导棒均为钢板。

进一步的，所述第一连接件和第二连接件均为螺纹杆。

进一步的，环绕在所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒之间的SMA合金丝材的末端通过U型卡扣固定。

另一方面，提供一种上述的SMA合金丝材自复位阻尼器的制作方法，包括：

步骤1：将已开设好第三长圆孔和第四长圆孔的导棒插入U形卡槽中，其中，第三长圆孔与第一长圆孔的内壁对齐，第四长圆孔和第二长圆孔的的内壁对齐；

步骤2：将受拉运动连接棒和受压运动连接棒分别插入第一长圆孔和第二长圆孔内；

步骤3：将SMA合金丝材缠绕在受拉运动连接棒和受压运动连接棒上使得受拉运动连接棒和受压运动连接棒分别紧贴在第一长圆孔和第二长圆孔的内壁上。

进一步的，所述步骤3包括：

步骤31：放置所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒，使得所述第一凸面和第二凸面均朝向所述SMA合金丝材自复位阻尼器的内侧，将所述SMA合金丝材缠绕在所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒上；

步骤32：旋转所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒，使得所述第一凸面和第二凸面朝向所述SMA合金丝材自复位阻尼器的外侧从而调整所述SMA合金丝材的预紧力，此时，所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒在预紧力的作用下紧贴在所述第一长圆孔和第二长圆孔的内壁上。

本发明具有以下有益效果：

本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器，在未起作用时，在环绕的SMA合金丝材的作用下，受拉运动连接棒和受压运动连接棒分别贴合在第一长圆孔和第二长圆孔的内壁上(第一长圆孔的内壁是指第一长圆孔朝向SMA合金丝材自复位阻尼器内侧的侧壁，第二长圆孔、第三长圆孔和第四长圆孔的内壁定义同上)；当SMA合金丝材自复位阻尼器受拉时，导棒与U形卡槽相对往外错动，此时，导棒的第三长圆孔的内壁开始推动受拉运动连接棒向外运动，而受压运动连接棒则被位于U形卡槽上的第二长圆孔的内壁限制住，SMA合金丝材被拉伸，从而产生了受拉状态下的耗能复位效果；当SMA合金丝材自复位阻尼器受压时，导棒与U形卡槽相对往内错动，此时，导棒的第四长圆孔的内壁开始推动受压运动连接棒向内运动，而受拉运动连接棒则被位于U形卡槽上的第一长圆孔的内壁限制住，SMA合金丝材被拉伸，从而产生了受压状态下的耗能复位效果。

本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器，结构简单、抗震能力强、稳定性高、便于制作加工并且能够实现SMA合金丝材在拉、压两种状态下的耗能和自复位。

附图说明

图1为本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器的整体结构示意图；

图2为本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器的各部件的拆分图；

图3为本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器受拉状态下工作图；

图4为本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器受压状态下工作图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

一方面，本发明提供一种SMA合金丝材自复位阻尼器，如图1至图4所示，包括U形卡槽1和位于U形卡槽1内可移动的导棒2，其中：

U形卡槽1包括一对长条形的侧板1-1、1-2和位于侧板1-1和1-2之间的底板1-3，侧板1-1、1-2的两端均对应设置有第一长圆孔3和第二长圆孔4，第二长圆孔4靠近底板1-3，底板1-3上设置有用于与外部结构主体连接的第一连接件10；

导棒2的长度小于U形卡槽1的深度，导棒2的两端分别设置有与第一长圆孔3和第二长圆孔4相对应的第三长圆孔5和第四长圆孔6，其中，在安装时，第一长圆孔3与第三长圆孔5的内壁对齐，第二长圆孔4与第四长圆孔6的内壁对齐，导棒2远离底板1-3的一端设置有用于与外部结构主体连接的第二连接件11；

第一长圆孔3和第三长圆孔5内穿设有受拉运动连接棒7，第二长圆孔4和第四长圆孔6内穿设有受压运动连接棒8，SMA合金丝材9以预紧状态环绕在受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8的两端之间。

本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器，在未起作用时，在环绕的SMA合金丝材的作用下，受拉运动连接棒和受压运动连接棒分别贴合在第一长圆孔和第二长圆孔的内壁上(第一长圆孔的内壁是指第一长圆孔朝向SMA合金丝材自复位阻尼器内侧的侧壁，第二长圆孔、第三长圆孔和第四长圆孔的内壁定义同上)；当SMA合金丝材自复位阻尼器受拉时，导棒与U形卡槽相对往外错动，此时，导棒的第三长圆孔的内壁开始推动受拉运动连接棒向外运动，而受压运动连接棒则被位于U形卡槽上的第二长圆孔的内壁限制住，SMA合金丝材被拉伸，从而产生了受拉状态下的耗能复位效果；当SMA合金丝材自复位阻尼器受压时，导棒与U形卡槽相对往内错动，此时，导棒的第四长圆孔的内壁开始推动受压运动连接棒向内运动，而受拉运动连接棒则被位于U形卡槽上的第一长圆孔的内壁限制住，SMA合金丝材被拉伸，从而产生了受压状态下的耗能复位效果。

本发明的SMA合金丝材自复位阻尼器，结构简单、抗震能力强、稳定性高、便于制作加工并且能够实现SMA合金丝材在拉、压两种状态下的耗能和自复位。

为防止SMA合金丝材9滑出受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8，在受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8上均可以设置用于防止SMA合金丝材9滑出的凹槽或挡块。

进一步的，受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8上优选分别设置有用于预紧SMA合金丝材9的第一凸面7-1和第二凸面8-1。

进一步的，受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8均为圆柱体，第一凸面7-1和第二凸面8-1均可以设置在圆柱体圆周的1/4-3/4，且与SMA合金丝材9位置对应，优选设置在圆柱体的一侧且与SMA合金丝材9位置对应，当然，第一凸面7-1和第二凸面8-1也可以均布设置在圆柱体小于1/2圆周上，这样也可以用于调节SMA合金丝材9的预紧力，第一凸面7-1和第二凸面8-1优选均为钢板。

优选的，如图1所示，第一长圆孔3和第三长圆孔5的尺寸相同，第二长圆孔4和第四长圆孔6的尺寸相同，尺寸相同，制作简单，且安装时好安装；在第一长圆孔3和第三长圆孔5，第二长圆孔4和第四长圆孔6均对齐时，导棒2靠近第四长圆孔6的一端到底板1-3的距离L大于等于第二长圆孔4的长度，这样在SMA合金丝材自复位阻尼器受压时，导棒可以有足够的空间相对U形卡槽活动。

优选的，第一长圆孔3和第二长圆孔4的长度相等。这样可以使SMA合金丝材自复位阻尼器在受拉或受压时导棒与U形卡槽的相对滑动的最大距离为第一长圆孔(或第二长圆孔)的长度，发挥最大的功能。

为提高本发明的实用性，SMA合金丝材9为镍钛SMA丝材，镍钛SMA丝材的可恢复可以高达6％-8％；导棒2为矩形板，侧板1-1、1-2、底板1-3和导棒2均为钢板。

为了便于与外部结构主体连接，第一连接件10和第二连接件11均为螺纹杆。

作为本发明的一种改进，环绕在受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8之间的SMA合金丝材9的末端通过U型卡扣12固定，当然，也可以采用本领域常规的技术手段实现SMA合金丝材的末端固定。

值得注意的是，为降低自重，节省材料，一对侧板的中部和导棒的中部分别可以设置第五长圆孔13和第六长圆孔14。

另一方面，本发明还提供一种上述SMA合金丝材自复位阻尼器的制作方法，包括：

步骤1：将已开设好第三长圆孔5和第四长圆孔6的导棒2插入U形卡槽1中，其中，第三长圆孔5与第一长圆3孔的内壁对齐，第四长圆孔6和第二长圆孔4的的内壁对齐；

步骤2：将受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8分别插入第一长圆孔3和第二长圆孔4内；

步骤3：将SMA合金丝材9缠绕在受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8上使得受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8分别紧贴在第一长圆孔3和第二长圆孔4的内壁上。

进一步的，步骤3包括：

步骤31：放置受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8，使得第一凸面7-1和第二凸面8-1均朝向SMA合金丝材自复位阻尼器的内侧，此时受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8的中部(此处未设置第一凸面和第二凸面)分别贴紧第一长圆孔3和第二长远孔4的内壁，将SMA合金丝材9缠绕在受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8上；

步骤32：旋转受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8，使得第一凸面7-1和第二凸面8-1朝向SMA合金丝材自复位阻尼器的外侧从而调整SMA合金丝材9的预紧力，此时，受拉运动连接棒7和受压运动连接棒8在预紧力的作用下紧贴在第一长圆孔3和第二长圆孔4的内壁上。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，包括U形卡槽和位于所述U形卡槽内可移动的导棒，其中：

所述U形卡槽包括一对长条形的侧板和位于所述侧板之间的底板，所述侧板的两端均对应设置有第一长圆孔和第二长圆孔，所述第二长圆孔靠近所述底板，所述底板上设置有用于与外部结构主体连接的第一连接件；

所述导棒的长度小于所述U形卡槽的深度，所述导棒的两端分别设置有与所述第一长圆孔和第二长圆孔相对应的第三长圆孔和第四长圆孔，所述导棒远离所述底板的一端设置有用于与外部结构主体连接的第二连接件；

所述第一长圆孔和第三长圆孔内穿设有受拉运动连接棒，所述第二长圆孔和第四长圆孔内穿设有受压运动连接棒，SMA合金丝材以预紧状态环绕在所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒的两端之间。

2.根据权利要求1所述的SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒上分别设置有用于预紧所述SMA合金丝材的第一凸面和第二凸面。

3.根据权利要求2所述的SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒均为圆柱体，所述第一凸面和第二凸面均为设置在圆柱体一侧上且与所述SMA合金丝材位置对应的钢板。

4.根据权利要求2-3任一所述的SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，所述第一长圆孔和第三长圆孔的尺寸相同，所述第二长圆孔和第四长圆孔的尺寸相同；在所述第一长圆孔和第三长圆孔，第二长圆孔和第四长圆孔均对齐时，所述导棒靠近所述第四长圆孔的一端到所述底板的距离大于等于所述第二长圆孔的长度。

5.根据权利要求4所述的SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，所述第一长圆孔和第二长圆孔的长度相等。

6.根据权利要求5所述的SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，所述SMA合金丝材为镍钛SMA丝材，所述导棒为矩形板，所述侧板、底板和导棒均为钢板。

7.根据权利要求6所述的SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，所述第一连接件和第二连接件均为螺纹杆。

8.根据权利要求7所述的SMA合金丝材自复位阻尼器，其特征在于，环绕在所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒之间的SMA合金丝材的末端通过U型卡扣固定。

9.根据权利要求2-8任意一项所述的SMA合金丝材自复位阻尼器的制作方法，其特征在于，包括：

步骤1：将已开设好第三长圆孔和第四长圆孔的导棒插入U形卡槽中，其中，第三长圆孔与第一长圆孔的内壁对齐，第四长圆孔和第二长圆孔的的内壁对齐；

步骤2：将受拉运动连接棒和受压运动连接棒分别插入第一长圆孔和第二长圆孔内；

步骤3：将SMA合金丝材缠绕在受拉运动连接棒和受压运动连接棒上使得受拉运动连接棒和受压运动连接棒分别紧贴在第一长圆孔和第二长圆孔的内壁上。

10.根据权利要求9所述的SMA合金丝材自复位阻尼器的制作方法，其特征在于，所述步骤3包括：

步骤31：放置所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒，使得所述第一凸面和第二凸面均朝向所述SMA合金丝材自复位阻尼器的内侧，将所述SMA合金丝材缠绕在所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒上；

步骤32：旋转所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒，使得所述第一凸面和第二凸面朝向所述SMA合金丝材自复位阻尼器的外侧从而调整所述SMA合金丝材的预紧力，此时，所述受拉运动连接棒和受压运动连接棒在预紧力的作用下紧贴在所述第一长圆孔和第二长圆孔的内壁上。