CN109024963B - 一种滑动筒式sma复合型阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滑动筒式SMA复合型阻尼器,包括外筒体、左拉压杆、右拉压杆、若干第一奥氏体SMA丝、若干第二奥氏体SMA丝及若干第三奥氏体SMA丝;外筒体内从左到右依次设置有左挡板、支撑套筒、支撑杆及右挡板,各第一奥氏体SMA丝的一端固定于外筒体的左侧壁上,各第一奥氏体SMA丝的另一端固定于左挡板上,各第二奥氏体SMA丝的一端固定于左挡板上,各第二奥氏体SMA丝的另一端固定于右挡板上,各第三奥氏体SMA丝的一端固定于右挡板上,各第三奥氏体SMA丝的另一端固定于外筒体的右侧壁上,奥氏体SMA弹簧套接于支撑套筒上,且奥氏体SMA弹簧的一端固定于左挡板上,奥氏体SMA弹簧的另一端固定于右挡板上,该阻尼器具有高耗能及高自复位功能。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构减震技术领域,涉及一种滑动筒式SMA复合型阻尼器。
背景技术
传统结构抗震是通过增强结构本身的性能强度、刚度和延性来抵御地震作用的,即由结构本身储存和消耗地震能量,这是被动消极的抗震对策。由于人们尚不能准确估计未来地震灾害作用的强度和特性,按照传统抗震设计方法设计的结构在强震作用下必然会导致结构或构件的破坏。而减震技术则是在在结构的抗侧力构件中嵌入或并联能吸收、耗散地震能量的附加阻尼器,由附加的耗能元件消耗掉结构中地震动输入的能量,而主体结构只吸收或存储一少部分能量,从而保证主体结构的安全。
形状记忆合金是一种新型的智能材料,因其独特的形状记忆、超弹性、高阻尼和电阻特性,在生物医学、机械电子和航空航天等领域得到大量应用。在土木工程领域,利用SMA的超弹性及其滞回耗能特性可以研制出适用于工程结构减震的被动耗能阻尼器,使得阻尼器具有高耗能及高自复位功能,然而现有技术中没有出现相类似的阻尼器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供了一种滑动筒式SMA复合型阻尼器,该阻尼器具有高耗能及高自复位功能。
为达到上述目的,本发明所述的滑动筒式SMA复合型阻尼器包括外筒体、左拉压杆、右拉压杆、若干第一奥氏体SMA丝、若干第二奥氏体SMA丝及若干第三奥氏体SMA丝;
外筒体内从左到右依次设置有左挡板、支撑套筒、支撑杆及右挡板,其中,外筒体的侧面开设有第一横向滑槽及第二横向滑槽,其中,左挡板的端部插入于所述第一横向滑槽内,右挡板的端部插入于所述第二横向滑槽内,支撑套筒的左端固定于左挡板的侧面上,支撑杆的右端固定于右挡板的侧面上,支撑杆的左端从支撑套筒的右端插入于支撑套筒内,左拉压杆的端部穿过外筒体的左侧壁固定于左挡板上,右拉压杆的端部穿过外筒体的右侧壁固定于右挡板上,各第一奥氏体SMA丝的一端固定于外筒体的左侧壁上,各第一奥氏体SMA丝的另一端固定于左挡板上,各第二奥氏体SMA丝的一端固定于左挡板上,各第二奥氏体SMA丝的另一端固定于右挡板上,各第三奥氏体SMA丝的一端固定于右挡板上,各第三奥氏体SMA丝的另一端固定于外筒体的右侧壁上,奥氏体SMA弹簧套接于支撑套筒上,且奥氏体SMA弹簧的一端固定于左挡板上,奥氏体SMA弹簧的另一端固定于右挡板上。
外筒体的左侧壁上设置有用于供左拉压杆穿过的第一圆形孔,外筒体的右侧壁上设置有用于供右拉压杆穿过的第二圆形孔。
第一奥氏体SMA丝的数量、第二奥氏体SMA丝的数量及第三奥氏体SMA丝的数量均为四根。
左拉压杆固定于左挡板左侧面的中心位置处;右拉压杆固定于右挡板右侧面的中心位置处;支撑套筒固定于左挡板右侧面的中心位置处,支撑杆固定于右挡板左侧面的中心位置处。
支撑套筒为钢管套筒,支撑杆为钢圆杆,且支撑套筒的长度与支撑杆的长度及自由状态下奥氏体SMA弹簧的长度相同。
外筒体的左侧壁上开设有第一通孔螺栓固定孔,外筒体的右侧壁上开设有第二通孔螺栓固定孔,左挡板上开设有第三通孔螺栓固定孔及第一SMA丝连接通孔,右挡板上开设有第四通孔螺栓固定孔及第二SMA丝连接通孔;
第一奥氏体SMA丝的一端穿过第一通孔螺栓固定孔后通过第一通孔紧固螺栓紧固,第一奥氏体SMA丝的另一端穿过第一SMA丝连接通孔后通过第一夹具夹紧固定;第三奥氏体SMA丝的一端穿过第二通孔螺栓固定孔后通过第二通孔紧固螺栓紧固,第三奥氏体SMA丝的另一端穿过第二SMA丝连接通孔后通过第二夹具夹紧固定;
第二奥氏体SMA丝的一端穿过第三通孔螺栓固定孔后通过第三通孔紧固螺栓紧固,第二奥氏体SMA丝的另一端穿过第四通孔螺栓固定孔后通过第四通孔紧固螺栓紧固。
第一通孔紧固螺栓、第二通孔紧固螺栓、第三通孔紧固螺栓及第四通孔紧固螺栓均为沿中心轴线开设SMA丝通孔的带帽螺栓。
第一奥氏体SMA丝、第二奥氏体SMA丝及第三奥氏体SMA丝为材质相同、直径相同的常温下奥氏体镍钛SMA丝,第一奥氏体SMA丝的长度与第三奥氏体SMA丝的长度相同。
本发明具有以下有益效果:
本发明所述的滑动筒式SMA复合型阻尼器在具体操作时,各第一奥氏体SMA丝的一端固定于外筒体的左侧壁上,各第一奥氏体SMA丝的另一端固定于左挡板上,各第二奥氏体SMA丝的一端固定于左挡板上,各第二奥氏体SMA丝的另一端固定于右挡板上,各第三奥氏体SMA丝的一端固定于右挡板上,各第三奥氏体SMA丝的另一端固定于外筒体的右侧壁上,奥氏体SMA弹簧的一端固定于左挡板上,奥氏体SMA弹簧的另一端固定于右挡板,在左拉压杆及右拉压杆受到外力作用时,通过第一奥氏体SMA丝、第二奥氏体SMA丝、第三奥氏体SMA丝及奥氏体SMA弹簧的拉伸及回复实现耗能,从而达到减震的目的,当外力作用结束后,则在第一奥氏体SMA丝、第二奥氏体SMA丝、第三奥氏体SMA丝及奥氏体SMA弹簧的作用下实现阻尼器的复位,结构简单,耗能能力较强。
附图说明
图1本发明的结构示意图;
图2为本发明的剖面图;
图3为本发明的侧立图;
图4为本发明的正立面图;
图5为本发明的俯视图;
图6为本发明中左挡板4的结构示意图;
图7为本发明中外筒体1左侧壁2的结构示意图;
图8为本中第一通孔紧固螺栓的结构示意图;
图9为本发明中第一通孔紧固螺栓与第一奥氏体SMA丝10的连接关系图。
其中,1为外筒体、2为左侧壁、3为右侧壁、4为左挡板、5为右挡板、6为左拉压杆、7为右拉压杆、8为支撑套筒、9为支撑杆、10为第一奥氏体SMA丝、11为第二奥氏体SMA丝、12为奥氏体SMA弹簧、13为第三奥氏体SMA丝、14为第一夹具、15为第二通孔紧固螺栓、16为第一横向滑槽、17为第二横向滑槽、18为第一圆形孔、19为第一通孔螺栓固定孔、20为第三通孔螺栓固定孔、21为第一SMA丝连接通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
如图1至图9所示,本发明所述的滑动筒式SMA复合型阻尼器包括外筒体1、左拉压杆6、右拉压杆7、若干第一奥氏体SMA丝10、若干第二奥氏体SMA丝11及若干第三奥氏体SMA丝13;外筒体1内从左到右依次设置有左挡板4、支撑套筒8、支撑杆9及右挡板5,其中,外筒体1的侧面开设有第一横向滑槽16及第二横向滑槽17,其中,左挡板4的端部插入于所述第一横向滑槽16内,右挡板5的端部插入于所述第二横向滑槽17内,支撑套筒8的左端固定于左挡板4的侧面上,支撑杆9的右端固定于右挡板5的侧面上,支撑杆9的左端从支撑套筒8的右端插入于支撑套筒8内,左拉压杆6的端部穿过外筒体1的左侧壁2固定于左挡板4上,右拉压杆7的端部穿过外筒体1的右侧壁3固定于右挡板5上,各第一奥氏体SMA丝10的一端固定于外筒体1的左侧壁2上,各第一奥氏体SMA丝10的另一端固定于左挡板4上,各第二奥氏体SMA丝11的一端固定于左挡板4上,各第二奥氏体SMA丝11的另一端固定于右挡板5上,各第三奥氏体SMA丝13的一端固定于右挡板5上,各第三奥氏体SMA丝13的另一端固定于外筒体1的右侧壁3上,奥氏体SMA弹簧12套接于支撑套筒8上,且奥氏体SMA弹簧12的一端固定于左挡板4上,奥氏体SMA弹簧12的另一端固定于右挡板5上。
外筒体1的左侧壁2上设置有用于供左拉压杆6穿过的第一圆形孔18,外筒体1的右侧壁3上设置有用于供右拉压杆7穿过的第二圆形孔;第一奥氏体SMA丝10的数量、第二奥氏体SMA丝11的数量及第三奥氏体SMA丝13的数量均为四根。
左拉压杆6固定于左挡板4左侧面的中心位置处;右拉压杆7固定于右挡板5右侧面的中心位置处;支撑套筒8固定于左挡板4右侧面的中心位置处,支撑杆9固定于右挡板5左侧面的中心位置处;支撑套筒8为钢管套筒,支撑杆9为钢圆杆,且支撑套筒8的长度与支撑杆9的长度及自由状态下奥氏体SMA弹簧12的长度相同;第一奥氏体SMA丝10、第二奥氏体SMA丝11及第三奥氏体SMA丝13为材质相同、直径相同的常温下奥氏体镍钛SMA丝,第一奥氏体SMA丝10的长度与第三奥氏体SMA丝13的长度相同。
外筒体1的左侧壁2上开设有第一通孔螺栓固定孔19,外筒体1的右侧壁3上开设有第二通孔螺栓固定孔,左挡板4上开设有第三通孔螺栓固定孔及第一SMA丝连接通孔21,右挡板5上开设有第四通孔螺栓固定孔及第二SMA丝连接通孔;第一奥氏体SMA丝10的一端穿过第一通孔螺栓固定孔19后通过第一通孔紧固螺栓紧固,第一奥氏体SMA丝10的另一端穿过第一SMA丝连接通孔21后通过第一夹具14夹紧固定;第三奥氏体SMA丝13的一端穿过第二通孔螺栓固定孔后通过第二通孔紧固螺栓15紧固,第三奥氏体SMA丝13的另一端穿过第二SMA丝连接通孔后通过第二夹具夹紧固定;第二奥氏体SMA丝11的一端穿过第三通孔螺栓固定孔20后通过第三通孔紧固螺栓紧固,第二奥氏体SMA丝11的另一端穿过第四通孔螺栓固定孔后通过第四通孔紧固螺栓紧固。
第一通孔紧固螺栓、第二通孔紧固螺栓15、第三通孔紧固螺栓及第四通孔紧固螺栓均为沿中心轴线开设SMA丝通孔的带帽螺栓;第一奥氏体SMA丝10的端部穿过所述SMA丝通孔后缠绕于带帽螺栓中螺帽下的螺纹上。同时该带帽螺栓上套接有垫垫片,通过该垫片压紧第一奥氏体SMA丝10,在实际操作中,通过调节第一通孔紧固螺栓来改变第一奥氏体SMA丝10的缠绕长度,以改变第一奥氏体SMA丝10的预紧程度,从而将第一奥氏体SMA丝10的初始应变调整为最佳值。
在阻尼器的使用过程中,当左拉压杆6受压时,支撑套筒8推动右挡板5共同运动,使得第一奥氏体SMA丝10拉伸,第三奥氏体SMA丝13回复;当左拉压杆6及右拉压杆7同时受压时,受压力大的一侧的奥氏体SMA丝拉伸,受压力小的一侧的奥氏体SMA丝回复;当左拉压杆6受拉时,支撑套筒8与右挡板5分离,使得第三奥氏体SMA丝13拉伸,同时使得第二奥氏体SMA丝11及奥氏体SMA弹簧12拉伸,第一奥氏体SMA丝10回复;当左拉压杆6及右拉压杆7同时受拉时,第二奥氏体SMA丝11及奥氏体SMA弹簧12拉伸,第一奥氏体SMA丝10及第三奥氏体SMA丝13均回复。
当右拉压杆7受压时,支撑杆9推动左挡板4共同运动,使得第三奥氏体SMA丝13拉伸,第一奥氏体SMA丝10回复;当右拉压杆7受拉时,支撑杆9与左挡板4分离,使得第一奥氏体SMA丝10拉伸,同时使得第二奥氏体SMA丝12及奥氏体SMA弹簧12拉伸,第三奥氏体SMA丝13回复。
第一奥氏体SMA丝10、第二奥氏体SMA丝11、第三奥氏体SMA丝13及奥氏体SMA弹簧12在拉伸和回复过程中消耗能量,从而达到减震的目的。
本发明通过奥氏体SMA弹簧12代替普通弹簧,进一步增强了阻尼器的耗能能力,同时奥氏体SMA弹簧12具备更好的复位功能,超大应变下,奥氏体形状记忆合金进入马氏体状态,同时刚度变大,可以在一定程度上实现结构在大震下的安全保护。
以上所述的具体实施实例仅仅是对本专利的式例性说明,并非对本专利的范围进行限定,在不脱离本专利设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本专利技术方案做出的各种变形和改进,均落入本专利权利要求数确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种滑动筒式SMA复合型阻尼器,其特征在于,包括外筒体(1)、左拉压杆(6)、右拉压杆(7)、若干第一奥氏体SMA丝(10)、若干第二奥氏体SMA丝(11)及若干第三奥氏体SMA丝(13);
外筒体(1)内从左到右依次设置有左挡板(4)、支撑套筒(8)、支撑杆(9)及右挡板(5),其中,外筒体(1)的侧面开设有第一横向滑槽(16)及第二横向滑槽(17),其中,左挡板(4)的端部插入于所述第一横向滑槽(16)内,右挡板(5)的端部插入于所述第二横向滑槽(17)内,支撑套筒(8)的左端固定于左挡板(4)的侧面上,支撑杆(9)的右端固定于右挡板(5)的侧面上,支撑杆(9)的左端从支撑套筒(8)的右端插入于支撑套筒(8)内,左拉压杆(6)的端部穿过外筒体(1)的左侧壁(2)固定于左挡板(4)上,右拉压杆(7)的端部穿过外筒体(1)的右侧壁(3)固定于右挡板(5)上,各第一奥氏体SMA丝(10)的一端固定于外筒体(1)的左侧壁(2)上,各第一奥氏体SMA丝(10)的另一端固定于左挡板(4)上,各第二奥氏体SMA丝(11)的一端固定于左挡板(4)上,各第二奥氏体SMA丝(11)的另一端固定于右挡板(5)上,各第三奥氏体SMA丝(13)的一端固定于右挡板(5)上,各第三奥氏体SMA丝(13)的另一端固定于外筒体(1)的右侧壁(3)上,奥氏体SMA弹簧(12)套接于支撑套筒(8)上,且奥氏体SMA弹簧(12)的一端固定于左挡板(4)上,奥氏体SMA弹簧(12)的另一端固定于右挡板(5)上;
左拉压杆(6)固定于左挡板(4)左侧面的中心位置处;右拉压杆(7)固定于右挡板(5)右侧面的中心位置处;支撑套筒(8)固定于左挡板(4)右侧面的中心位置处,支撑杆(9)固定于右挡板(5)左侧面的中心位置处;
支撑套筒(8)为钢管套筒,支撑杆(9)为钢圆杆,且支撑套筒(8)的长度与支撑杆(9)的长度及自由状态下奥氏体SMA弹簧(12)的长度相同;
外筒体(1)的左侧壁(2)上开设有第一通孔螺栓固定孔(19),外筒体(1)的右侧壁(3)上开设有第二通孔螺栓固定孔,左挡板(4)上开设有第三通孔螺栓固定孔及第一SMA丝连接通孔(21),右挡板(5)上开设有第四通孔螺栓固定孔及第二SMA丝连接通孔;
第一奥氏体SMA丝(10)的一端穿过第一通孔螺栓固定孔(19)后通过第一通孔紧固螺栓紧固,第一奥氏体SMA丝(10)的另一端穿过第一SMA丝连接通孔(21)后通过第一夹具(14)夹紧固定;第三奥氏体SMA丝(13)的一端穿过第二通孔螺栓固定孔后通过第二通孔紧固螺栓(15)紧固,第三奥氏体SMA丝(13)的另一端穿过第二SMA丝连接通孔后通过第二夹具夹紧固定;
第二奥氏体SMA丝(11)的一端穿过第三通孔螺栓固定孔(20)后通过第三通孔紧固螺栓紧固,第二奥氏体SMA丝(11)的另一端穿过第四通孔螺栓固定孔后通过第四通孔紧固螺栓紧固。
2.根据权利要求1所述的滑动筒式SMA复合型阻尼器,其特征在于,外筒体(1)的左侧壁(2)上设置有用于供左拉压杆(6)穿过的第一圆形孔(18),外筒体(1)的右侧壁(3)上设置有用于供右拉压杆(7)穿过的第二圆形孔。
3.根据权利要求1所述的滑动筒式SMA复合型阻尼器,其特征在于,第一奥氏体SMA丝(10)的数量、第二奥氏体SMA丝(11)的数量及第三奥氏体SMA丝(13)的数量均为四根。
4.根据权利要求1所述的滑动筒式SMA复合型阻尼器,其特征在于,第一通孔紧固螺栓、第二通孔紧固螺栓(15)、第三通孔紧固螺栓及第四通孔紧固螺栓均为沿中心轴线开设SMA丝通孔的带帽螺栓。
5.根据权利要求1所述的滑动筒式SMA复合型阻尼器,其特征在于,第一奥氏体SMA丝(10)、第二奥氏体SMA丝(11)及第三奥氏体SMA丝(13)为材质相同、直径相同的常温下奥氏体镍钛SMA丝,第一奥氏体SMA丝(10)的长度与第三奥氏体SMA丝(13)的长度相同。
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一种新型SMA阻尼器的试验和数值模拟研究;李宏男;钱辉;宋钢兵;高东伟;;振动工程学报(02);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN109024963A (zh) | 2018-12-18 |
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