CN114645581B - 基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，包括固定框、第一连接杆、第二连接杆、两根SMA丝束、第一连接轴和第二连接轴，所述固定框内设置有一根传动轴、第一传动板和第二传动板。当结构受到地震作用时，自复位阻尼器的两端第一连接轴与第二连接轴发生轴向相对运动，当连接轴向左运动时，自复位阻尼器被轴向压缩，连接轴带动传动板向左运动，第一连接杆左侧边的限位件离开第一连接杆，限位件向左推动连接杆，带动第二连接杆围绕二固定件顺时针旋转，反之则反。通过杠杆原理将形状记忆合金的位移进行放大，可以通过改变杠杆力臂长度，灵活调整位移放大系数还可对微小地震变形放大，装配式结构方便维修更换。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻尼器，特别是一种基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，属于结构振动与控制技术领域。
背景技术
在地震作用下，传统结构主体的残余应变与塑性变形程度直接相关，对结构功能有重要的影响，当震后结构的残余位移角大于0.5％时，将失去修复价值，因此，顺应新的结构功能可恢复性设计理念的自复位结构受到了广泛关注。自复位结构允许结构在大震作用下产生大塑性变形消耗传入结构的能量，自复位支撑能够兼顾耗能与复位功能，有效保护主体结构的同时减小结构的残余应变，降低震后维护和重建成本。
基于形状记忆合金材料(SMA)制造的自复位阻尼器在土木工程领域有重要的应用价值，形状记忆合金的力学模型为的旗帜型，这种模型被认为是自复位支撑的最佳力学模型，这使得形状记忆合金阻尼器有天然的优势。
但是，现有的形状记忆合金的阻尼器主要有拉伸型和剪切型，拉伸型阻尼器由一根形状记忆合金丝，一块T型钢板，两块可动的钢挡板，四块固定挡板组成，其工作过程为T型钢板通过斜撑与框架顶部相连，当结构在地震作用下差安生层间变形时，T型钢板的水平移动与结构的层间位于相等；剪切型阻尼器包括两块可移动挡板，两块固定挡板，固定转轴，一根或多根形状记忆合金材料丝，一块与结构斜撑相连的活动钢板，其工作原理是活动钢板通过斜撑与框架顶部相连，当结构在地震作用下发生振动是，活动钢板随结构斜撑一起水平移动并与结构层间变形相等，上述常见的形状记忆合金的阻尼器也有一些缺点，例如，在小变形情况下滞回环面积小耗能能力弱对结构变形的控制效果差，材料利用效率低等，因此，提高形状记忆合金阻尼器在结构小变形的控制效果和提高材料利用率对提升形状记忆合金阻尼器的抗震性能有重要意义。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供了一种基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，用以解决现有的形状记忆合金阻尼器形状记忆合金利用效率低、小变形控制效果差、有效位移小等技术问题。
为解决上述问题，本发明采用了如下技术方案：
一种基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，包括固定框、第一连接杆、第二连接杆、两根SMA丝束、第一连接轴和第二连接轴，所述固定框内设置有一根传动轴、第一传动板和第二传动板，所述第一连接轴固定连接在固定框的第一侧壁外，所述第二连接轴与固定框的第二侧壁滑动连接，所述第二连接轴的一端与第二传动板固定连接，第一传动板与固定框第一侧壁内侧滑动连接，所述传动轴两端分别与第一传动板和第二传动板固定连接，所述第一连接轴和第二连接轴伸出固定框的端部与需要被动控制的结构铰接；所述第一连接杆和所述第二连接杆均为两根，两根所述第一连接杆和所述第二连接杆均上下对应设置，位于固定框内的所述第一连接杆和所述第二连接杆的端部与第一传动板和第二传动板固定连接，并在第一传动板位于所述第一连接杆的外侧设置有第一限位件，在第二传动板上位于所述第二连接杆的外侧设置有第二限位件；所述固定框的顶面和底面对应设置有贯通的第一槽，所述第一传动板和第二传动板上设置有与第一槽对应的第二槽，所述第一连接杆和所述第二连接杆贯穿所述第一槽和第二槽，并通过第一固定件和第二固定件与固定框的顶面和底面固定，并在固定框的顶面和底面侧向设置有位于所述第一连接杆内侧设置有限制其顺时针旋转的第三限位件和位于所述第二连接杆内侧设置有限制其逆时针旋转的第三限位件限制第二连接杆逆时针旋转的第四限位件；所述两根SMA丝束平行设置，所述第一连接杆和所述第二连接杆伸出固定框的端部通过所述SMA丝束拉结，所述SMA丝束与所述第一连接杆和所述第二连接杆分别通过第三固定件和第四固定件固定，且第三固定件和第四固定件可与第一连接杆和所述第二连接杆产生相对转动；
其工作过程为：当需要被动控制的结构受到地震作用后，所述第一连接轴和第二连接轴发生轴向相对运动，当第二连接轴向左运动时，自复位阻尼器被轴向压缩，第二连接轴带动第二传动板和第一传动板向左运动，第一连接杆外侧的第一限位件离开第一连接杆，第二限位件向左推动第二连接杆，带动第二连接杆围绕第一固定件顺时针旋转，由于第一连接杆被限制绕第一固定件顺时针旋转，导致SMA丝束的左端被固定，右端被拉伸进行位移放大，当失去地震作用时，SMA丝束变形恢复，实现自复位。
优先地，所述的第三固定件与第一固定件的距离、第四固定件与第二固定件之间的距离均为K，第一固定件与第一限位件、第二固定件与第二限位件之间的距离均为L，则阻尼器的放大系数为N＝K/L，且N≥1。
具体地，所述固定框顶面和底部的第一槽由两块间隔设置的钢板形成，所述钢板的两端分别固定在所述固定框的第一侧壁和第二侧壁上。
具体地，所述第二槽为U型板的中空部形成或由两块钢板拼接而成。
进一步地，所述第一槽和第二槽的宽度相等，且均等于第一连接杆或第二连接杆的厚度。
具体地，所述第三固定件和第四固定件为螺母或螺钉。
具体地，所述第一限位件、第二限位件、第三限位件和第四限位件为销钉、限位凸柱或限位挡板。
具体地，所述第一侧壁内壁面设置有第一限位孔，所述第一限位孔内滑动连接有第二传动轴的一端，所述第二传动轴的另一端与第一传动板固定连接。
具体地，所述第二侧壁上开设有供第二连接轴穿过的第二限位孔，所述第二限位孔上套设有轴套。
优先地，所述的第一连接杆与第三固定件、第二连接杆与第四固定件之间、所述第二传动轴与第一限位孔之间、第二连接轴与第二限位孔之间均涂抹润滑油。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，使用对称布置形式，通过合理设计使得阻尼器受拉和受压变形均利用同一根形状记忆合金丝束，材料利用效率高；
(2)本发明的基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，可以通过改变杠杆力臂长度，灵活调整位移放大系数，实现刚度和阻尼参数可调；
(3)本发明的基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，通过杠杆原理将形状记忆合金的位移进行放大，对结构微小变形敏感，提高小震的抗震效果；
(4)本发明的基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，为装配式构造，安装维修方便，主要耗能材料在外侧，易更换，有较大的应用价值。
附图说明
图1为本发明的基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器的结构示意图。
图2为本发明的图1中的A-A剖面图。
图3为本发明的图1中的B-B剖面图。
图4为本发明的图3中的C-C剖面图。
图5为本发明的基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器的工作原理图。
附图标记：1-第一侧壁、2-钢板、3-第三固定件、4-第三限位件、5-SMA丝束、7-第四固定件、8-第二连接杆、9-第二侧壁、10-第四限位件、11-第二固定件、12-第二连接轴、13-第二限位件、14-第二限位孔、15-第二传动板、16-第一连接杆、17-第一固定件、18-第一连接轴、19-第一限位件、20-第二传动轴、21- 第一限位孔、22-第一传动板、23-传动轴。
具体实施方式
为了使本发明的工作原理更加清晰明了，结合图片来描述本发明，但是本发明并不限于这一种实施例。
图1、图2、图3和图4为基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器的结构示意图，一种基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器包括固定框、所述固定框顶面和底部有第一槽，第一槽由两块间隔设置的钢板2形成，所述钢板2的两端分别焊接在所述固定框的第一侧壁1和第二侧壁9上，第一侧壁和第二侧壁由钢板。还包括第一连接杆16、第二连接杆8、两根SMA 丝束5、第一连接轴18和第二连接轴12，所述固定框内设置有一根传动轴23、第一传动板22和第二传动板15，第一传动板22和第二传动板15设置有第二槽，第二槽为U型板的中空部形成或由两块钢板拼接而成；第一槽和第二槽的宽度相等，且均等于第一连接杆16或第二连接杆的厚度。所述第一连接轴18固定连接在固定框的第一侧壁1外，所述第二连接轴12与固定框的第二侧壁9滑动连接，第二侧壁9上开设有供第二连接轴12穿过的第二限位孔14，所述第二限位孔14上套设有轴套，所述第二连接轴12的一端与第二传动板15固定连接，第一传动板22与固定框第一侧壁内侧滑动连接，第一侧壁1内壁面设置有第一限位孔21，所述第一限位孔21内滑动连接有第二传动轴20的一端，所述第二传动轴20的另一端与第一传动板22固定连接。所述传动轴23两端分别与第一传动板22和第二传动板15固定连接，所述第一连接轴18和第二连接轴12伸出固定框的端部与需要被动控制的结构铰接；所述第一连接杆16和所述第二连接杆8均为两根，两根所述第一连接杆16和所述第二连接杆8均上下对应设置，位于固定框内的所述第一连接杆16和所述第二连接杆8的端部与第一传动板22 和第二传动板15固定连接，所述两根SMA丝束5平行设置，所述第一连接杆 16和所述第二连接杆8伸出固定框的端部通过所述SMA丝束5拉结，所述SMA 丝束5与所述第一连接杆16和所述第二连接杆8分别通过第三固定件3和第四固定件7固定，第三固定件3和第四固定件7可与第一连接杆16和所述第二连接杆8产生相对转动，第三固定件3和第四固定件7为螺母或螺钉，可见，结构整体形成以传动轴为对称轴的对称结构，通过合理设计使得阻尼器受拉和受压变形均利用同一根形状记忆合金丝束，材料利用效率高。
在第一传动板22位于所述第一连接杆16的外侧设置有第一限位件19，在第二传动板15上位于所述第二连接杆8的外侧设置有第二限位件13；所述固定框的顶面和底面对应设置有贯通的第一槽，所述第一传动板22和第二传动板15 上设置有与第一槽对应的第二槽，所述第一连接杆16和所述第二连接杆8贯穿所述第一槽和第二槽，并通过第一固定件17和第二固定件11与固定框的顶面和底面固定，并在固定框的顶面和底面侧向设置有位于所述第一连接杆16内侧设置有限制其顺时针旋转的第三限位件4和位于所述第二连接杆8内侧设置有限制其逆时针旋转的第三限位件4限制第二连接杆逆时针旋转的第四限位件10；第一限位件19、第二限位件13、第三限位件4第四限位件10为销钉、限位凸柱或限位挡板。
第三固定件3与第一固定件17的距离、第四固定件7与第二固定件11之间的距离均为K，第一固定件17与第一限位件19、第二固定件11与第二限位件13之间的距离均为L，则阻尼器的放大系数为N＝K/L，且N≥1，可见，结构形成了以固定件为支点的杠杆，可以通过改变杠杆力臂长度，灵活调整位移放大系数，实现刚度和阻尼参数可调。通过杠杆原理将结构变形放大至将形状记忆合金的位移，使结构微小变形敏感，提高小震的抗震效果。
为了减少摩擦力，在构件接触面或需要发生相对运动的两个构件之间涂抹润滑油，比如第一连接杆16与第三固定件3、第二连接杆8与第四固定件7之间、所述第二传动轴20与第一限位孔21之间、第二连接轴12与第二限位孔14 之间。
参见图5，当结构受到地震作用时，自复位阻尼器的两端第一连接轴18与第二连接轴12发生轴向相对运动，当第二连接轴12向左运动时，自复位阻尼器被轴向压缩，第二连接轴12带动第二传动板15和第一传动板22向左运动，第一连接杆16左侧边的第一限位件19离开第一连接杆16，第二限位件13向左推动第二连接杆8，带动第二连接杆8围绕第二固定件11顺时针旋转，由于第一连接杆16被限制围绕第一固定件17顺时针旋转导致SMA丝束5的左端被固定，通过杠杆原理将形状记忆合金的位移进行放大，第四固定件7向右运动，向右拉伸SMA丝束5，对第二连接轴12产生向右的恢复力；当第二连接轴12 向右运动时，自复位阻尼器被轴向拉伸，第二连接轴12带动第二传动板15和第一传动板22向右运动，第二连接杆8右侧边的第二限位件13离开第二连接杆8，第一限位件19向右推动第一连接杆16，带动第一连接杆16围绕固定第一固定件17逆时针旋转，由于第二连接杆8被限制围绕第四限位件10逆时针旋转导致SMA丝束5的右端被固定，通过杠杆原理将形状记忆合金的位移进行放大，第三固定件3向左运动，向左拉伸SMA丝束5，对第二连接轴12产生向左的恢复力。可见，阻尼器在拉伸和压缩时阻尼器拉伸和压缩均利用同一根形状记忆合金丝束，有效提升了材料的利用效率；可以通过改变杠杆力臂长度K 和L，可以灵活调整位移放大倍数K/L，实现刚度和阻尼参数可调；本发明的阻尼器为装配式构造，安装维修方便，主要耗能材料在外侧，易更换，有较大的应用价值。
以上仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种基于形状记忆合金材料的位移放大型自复位阻尼器，其特征在于：包括固定框、第一连接杆(16)、第二连接杆(8)、两根SMA丝束(5)、第一连接轴(18)和第二连接轴(12)，所述固定框内设置有一根传动轴(23)、第一传动板(22)和第二传动板(15)，所述第一连接轴(18)固定连接在固定框的第一侧壁(1)外，所述第二连接轴(12)与固定框的第二侧壁(9)滑动连接，所述第二连接轴(12)的一端与第二传动板(15)固定连接，第一传动板(22)与固定框第一侧壁内侧滑动连接，所述传动轴(23)两端分别与第一传动板(22)和第二传动板(15)固定连接，所述第一连接轴(18)和第二连接轴(12)伸出固定框的端部与需要被动控制的结构铰接；所述第一连接杆(16)和所述第二连接杆(8)均为两根，两根所述第一连接杆(16)和所述第二连接杆(8)均上下对应设置，位于固定框内的所述第一连接杆(16)和所述第二连接杆(8)的端部与第一传动板(22)和第二传动板(15)固定连接，并在第一传动板(22)位于所述第一连接杆(16)的外侧设置有第一限位件(19)，在第二传动板(15)上位于所述第二连接杆(8)的外侧设置有第二限位件(13)；所述固定框的顶面和底面对应设置有贯通的第一槽，所述第一传动板(22)和第二传动板(15)上设置有与第一槽对应的第二槽，所述第一连接杆(16)和所述第二连接杆(8)贯穿所述第一槽和第二槽，并通过第一固定件(17)和第二固定件(11)与固定框的顶面和底面固定，并在固定框的顶面和底面侧向设置有位于所述第一连接杆(16)内侧设置有限制其顺时针旋转的第三限位件(4)和位于所述第二连接杆(8)内侧设置有限制其逆时针旋转的第三限位件(4)限制第二连接杆逆时针旋转的第四限位件(10)；所述两根SMA丝束(5)平行设置，所述第一连接杆(16)和所述第二连接杆(8)伸出固定框的端部通过所述SMA丝束(5)拉结，所述SMA丝束(5)与所述第一连接杆(16)和所述第二连接杆(8)分别通过第三固定件(3)和第四固定件(7)固定，且第三固定件(3)和第四固定件(7)可与第一连接杆(16)和所述第二连接杆(8)产生相对转动；
所述的第三固定件(3)与第一固定件(17)的距离、第四固定件(7)与第二固定件(11)之间的距离均为K，第一固定件(17)与第一限位件(19)、第二固定件(11)与第二限位件(13)之间的距离均为L，则阻尼器的放大系数为N＝K/L，且N≥1；所述第一侧壁(1)内壁面设置有第一限位孔(21)，所述第一限位孔(21)内滑动连接有第二传动轴(20)的一端，所述第二传动轴(20)的另一端与第一传动板(22)固定连接；所述第二侧壁(9)上开设有供第二连接轴(12)穿过的第二限位孔(14)，所述第二限位孔(14)上套设有轴套；
当需要被动控制的结构受到地震作用后，所述第一连接轴(18)和第二连接轴(12)发生轴向相对运动，当第二连接轴(12)向左运动时，自复位阻尼器被轴向压缩，第二连接轴(12)带动第二传动板(15)和第一传动板(22)向左运动，第一连接杆(16)外侧的第一限位件离开第一连接杆(16)，第二限位件(13)向左推动第二连接杆(8)，带动第二连接杆(8)围绕第一固定件顺时针旋转，由于第一连接杆(16)被限制绕第一固定件(17)顺时针旋转，导致SMA丝束(5)的左端被固定，右端被拉伸进行位移放大，当失去地震作用时，SMA丝束(5)变形恢复，实现自复位；
所述固定框顶面和底部的第一槽由两块间隔设置的钢板(2)形成，所述钢板(2)的两端分别固定在所述固定框的第一侧壁(1)和第二侧壁(9)上；所述第二槽为U型板的中空部形成或由两块钢板拼接而成；所述第一槽和第二槽的宽度相等，且均等于第一连接杆(16)或第二连接杆(8)的厚度；所述第三固定件(3)和第四固定件(7)为螺母或螺钉；所述第一限位件(19)、第二限位件(13)、第三限位件(4)和第四限位件(10)为销钉、限位凸柱或限位挡板；所述第一连接杆(16)与第三固定件(3)、第二连接杆(8)与第四固定件(7)之间、所述第二传动轴(20)与第一限位孔(21)之间、第二连接轴(12)与第二限位孔(14)之间均涂抹润滑油。
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- 2022-04-16 CN CN202210400299.4A patent/CN114645581B/zh active Active
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Also Published As
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|---|---|
| CN114645581A (zh) | 2022-06-21 |
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