CN115217230B - 形状记忆合金阻尼器 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器，包括：可发生沿由第一方向和第二方向构成的平面内任意方向平动的第一仓体和第二仓体，各仓体分别具有相对静止的两侧壁，各侧壁上分别开设有若干定位滑轨，第一仓体的第一侧壁和第二仓体的第四侧壁上还分别设有第一方向约束滑轨，第一仓体的第二侧壁和第二仓体的第三侧壁上还分别设有第二方向约束滑轨；用于约束两仓体运动方向的约束器；若干定位杆，各定位杆在相应的定位滑轨内运动，各定位杆之间连接有形状记忆合金丝，当两仓体产生相对运动时，各定位杆的间距受相应定位滑轨的限制作用和形状记忆合金丝的回复力作用产生变化。本实施例在平面上产生任何方向的平动时，均产生消能的效果。

Description

形状记忆合金阻尼器

技术领域

本公开属于工程结构抗震减振领域，特别涉及一种形状记忆合金阻尼器。

背景技术

自二十世纪以来，人们在建筑物抗震减振性能方面已经投入了大量精力，并取得了显著的成果。其中最为有效的成果之一是“结构的保护系统”。人们跳出了传统增强梁、柱、墙提高抗振动的能力的观念，结合结构的动力性能，巧妙的避免或减少了建筑受地震和风力的破坏。例如：基础隔震，利用阻尼器消能，耗能系统，高层建筑屋顶上的质量共振阻尼系统和主动控制减震体系均已经应用到工程实际中，且其中有一些也已经成为减少振动必不可少的保护措施。特别是对于难于预料的地震和破坏机理还未可知的多维振动，上述保护系统就显得更加重要。

对于阻尼器来说，近年来出现了利用粘弹性材料及黏滞流体的特性制成的阻尼器，这类阻尼器对于结构具有一定的减振效果。此类阻尼器的特征在于，其阻尼力的大小主要与结构振动的速度相关，而与结构变形的幅度无关，且在工程应用中需要解决耐久性、抗渗漏或抗腐蚀等问题。

形状记忆合金的一种重要性质是伪弹性(又称超弹性)，表现为在外力作用下，形状记忆合金的变形恢复能力远大于一般金属的变形恢复能力，即加载过程中形状记忆合金产生的大应变会随着卸载而恢复。利用形状记忆合金的这一特性制成的形状记忆合金阻尼器的特点在于，随着位移的增大，其减振消能的效果也会提升，进而提升结构的抗震性能。另一方面，形状记忆合金具有良好的耐久性，其抗腐蚀性好，使用年限长。

现有形状记忆合金阻尼器一般只允许沿某一直线方向上发生位移，对于平动的情况需要采用多个阻尼器共同减振。

发明内容

本公开旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器，当上下层发生平面内任意方向的平动时都能利用形状记忆合金的特性，产生减振消能的效果。本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器，包括：

第一仓体，所述第一仓体具有相对静止的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁上开设有第一方向约束滑轨A1和若干第一定位滑轨，所述第二侧壁上开设有第二方向约束滑轨B1和与所述第一定位滑轨正对设置的若干第二定位滑轨；

第二仓体，所述第二仓体与所述第一仓体之间可发生沿由第一方向和第二方向构成的平面内的任意方向的平动，所述第二仓体具有相对静止的第三侧壁和第四侧壁，所述第三侧壁与所述第一侧壁相对设置，所述第三侧壁上开设有第一方向约束滑轨A2和若干第三定位滑轨，所述第四侧壁与所述第二侧壁相对设置，所述第四侧壁上开设有第二方向约束滑轨B2和与所述第三定位滑轨正对设置的若干第四定位滑轨；

约束器，用于约束所述第一仓体和所述第二仓体相对运动的方向，所述约束器包括第一约束器和第二约束器，所述第一约束器受所述第一方向约束滑轨A1和所述第二方向约束滑轨B2的约束，所述第二约束器受所述第一方向约束滑轨A2和所述第二方向约束滑轨B1的约束；

若干定位杆，各所述定位杆在相应的定位滑轨内运动，各所述定位杆之间连接有形状记忆合金丝，当所述第一仓体和所述第二仓体产生相对运动时，各所述定位杆的间距受相应定位滑轨的限制作用以及所述形状记忆合金丝的回复力作用产生变化。

在一些实施例中，所述第一方向与所述第二方向相交。

在一些实施例中，所述第一仓体为U形结构，该U形结构相对设置的两壁分别作为所述第一侧壁和所述第二侧壁，若干所述第一定位滑轨关于所述第一方向约束滑轨A1对称设置，若干所述第二定位滑轨关于所述第二方向约束滑轨B1对称设置。

在一些实施例中，所述第二仓体为U形结构，该U形结构相对设置的两壁分别作为所述第三侧壁和所述第四侧壁，若干所述第三定位滑轨关于所述第一方向约束滑轨A2对称设置，若干所述第四定位滑轨关于所述第二方向约束滑轨B2对称设置。

在一些实施例中，各正对设置的所述第一定位滑轨和所述第三定位滑轨的结构和形状相同，各正对设置的所述第二定位滑轨和所述第四定位滑轨的结构和形状相同；各定位滑轨均为边数相同的正多边形结构，且各定位滑轨和所述定位杆的个数与定位滑轨的边数相同。

在一些实施例中，单个所述定位杆同时在相应的一个所述第一定位滑轨、一个所述第二定位滑轨、一个所述第三定位滑轨和一个所述第四定位滑轨内移动。

在一些实施例中，各所述定位杆之间连接有多匝平行排列的所述形状记忆合金丝。

在一些实施例中，所述第一约束器包括第一约束件和第二约束件；所述第一约束件固定在所述第一方向约束滑轨A1上，用于使所述第一仓体只能发生相对于所述第一约束器在第一方向上的平动；所述第二约束件固定在所述第二方向约束滑轨B2上，用于使所述第二仓体只能发生相对于所述第一约束器在第二方向上的平动；

所述第二约束器包括第三约束件和第四约束件；所述第三约束件固定在所述第一方向约束滑轨A2上，用于使所述第二仓体只能发生相对于所述第二约束器在第一方向上的平动；所述第四约束件固定在所述第二方向约束滑轨B1上，用于使所述第一仓体只能发生相对于所述第二约束器在第二方向上的平动。

在一些实施例中，在所述第一仓体上设有第一连接件，在所述第二仓体上设有第二连接件，所述第一仓体和所述第二仓体分别通过所述第一连接件和所述第二连接件与受控结构连接。

在一些实施例中，所述第一连接件和所述第二连接件采用球铰、可移动铰支座、固定铰支座、固定支座和/或定向支座。

本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器，具有以下特点及有益效果：

1、本公开实施例利用形状记忆合金的特性制成阻尼器，随着结构变形的增加，形状记忆合金阻尼器的减振消能效果也随之增大，进而提升结构的抗震性能。

2、形状记忆合金丝完全处于阻尼器的内部，可以减少其受损的概率，延长使用寿命。

3、形状记忆合金阻尼器采用一种特殊构造，使得当第一仓体和第二仓体发生任意相对平动时，内部的形状记忆合金丝都会被拉长，进而提升形状记忆合金丝的利用效率。

附图说明

图1为本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器的立面图；

图2为本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器的俯视图；

图3为本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器的整体结构爆破图；

图4为图1所示形状记忆合金阻尼器的A-A向剖面图；

图5为图2所示形状记忆合金阻尼器的B-B向剖面图；

图6为图2所示形状记忆合金阻尼器的C-C向剖面图；

图7为公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器的工作状态示意图；

图中标号：

1—第一仓体，11—第一侧壁，111—第一定位滑轨，A1—第一方向约束滑轨，12—第二侧壁，121—第二定位滑轨，B1—第二方向约束滑轨；

2—第二仓体，21—第三侧壁，211—第三定位滑轨，A2—第一方向约束滑轨，22—第四侧壁，221—第四定位滑轨，B2—第二方向约束滑轨；

31—第一约束器，32—第二约束器，31a—第一约束件，31b—第二约束件，32a—第三约束件，32b—第四约束件；

4—定位杆；

5—形状记忆合金丝；

61—第一球铰，,62—第二球铰；

Ⅰ—上层定位滑轨组，Ⅱ—下层定位滑轨组。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，并不用于限定本申请。

相反，本申请涵盖任何由权利要求定义的在本申请精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本申请有更好的了解，在下文对本申请的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本申请。

如图1～6所示，本公开实施例提供的一种形状记忆合金阻尼器，包括：

第一仓体1，第一仓体1具有相对静止的第一侧壁11和第二侧壁12，第一侧壁11上开设有第一方向约束滑轨A1和若干第一定位滑轨111，第二侧壁12上开设有第二方向约束滑轨B1和与第一定位滑轨111正对设置的若干第二定位滑轨121；

第二仓体2，第二仓体2与第一仓体1之间可发生沿由第一方向和第二方向构成的平面内的任意方向的平动，第二仓体2具有相对静止的第三侧壁21和第四侧壁22，第三侧壁21与第一侧壁11相对设置，第三侧壁21上开设有第一方向约束滑轨A2和若干第三定位滑轨211，第四侧壁22与第二侧壁12相对设置，第四侧壁22上开设有第二方向约束滑轨B2和与第三定位滑轨211正对设置的若干第四定位滑轨221；

约束器，用于约束第一仓体1和第二仓体2相对运动的方向，保证第一仓体1与第二仓体2之前不发生相对转动，约束器包括第一约束器31和第二约束器32，第一约束器31受第一方向约束滑轨A1和第二方向约束滑轨B2的约束，第二约束器32受第一方向约束滑轨A2和第二方向约束滑轨B1的约束；

若干定位杆4，各定位杆4在相应的定位滑轨内运动，各定位杆4之间连接有形状记忆合金丝5，当第一仓体1和第二仓体2产生相对运动时，各定位杆4的间距受相应定位滑轨的限制作用以及形状记忆合金丝5的回复力作用产生变化。

在一些实施例中，第一仓体1为横卧放置且敞口端朝左的U形结构，该U形结构的上壁和下壁分别作为第一仓体1的第一侧壁11和第二侧壁12。第一侧壁11上开设有均匀排布的若干槽孔a1，各槽孔a1分别作为相应的一个第一定位滑轨111，第一侧壁11上还开设有沿第一方向设置的槽孔b1作为第一方向约束滑轨A1，各槽孔a1关于槽孔b1对称设置。第二侧壁12上开设有均匀排布的若干通孔c1，各通孔c1分别作为相应的一个第二定位滑轨121，第二侧壁12上还开设有沿第二方向设置的通孔d1作为第二方向约束滑轨B1，各通孔c1关于通孔d1对称设置，第二侧壁12上的各通孔c1分别与第一侧壁11上相应的一个槽孔a1正对设置，且正对设置的槽孔a1和通孔c1的形状、大小完全相同，其设置目的是为保证定位杆4可以始终保持与槽孔a1及通孔c1垂直，保证结构稳定。第一方向和第二方向为相互不平行的两个方向，通常情况下，可选择第一方向与第二方向垂直，可选地，第一方向沿第一侧壁11的宽度方向设置。

在一些实施例中，第二仓体2为横卧放置且敞口端朝右的U形结构，该U形结构的上壁和下壁分别作为第二仓体1的第四侧壁22和第三侧壁21。为便于加工，第二仓体1与第一仓体1的结构和形状完全相同，两者在空间上呈叉指状布设，且第一仓体1的第一侧壁11和第二仓体2的第三侧壁21分别作为整个形状记忆合金阻尼器的上端和下端，在第一仓体1与第二仓体2发生相对平移的过程中，第一侧壁11的下部与第四侧壁22的上部相接触或者紧邻但不接触，且第二侧壁12的下部与第三侧壁21的上部相接触或者紧邻但不接触。第三侧壁21上开设有均匀排布的若干槽孔a2，各槽孔a2分别作为相应的一个第三定位滑轨211，第三侧壁21上还开设有沿第一方向设置的槽孔b2作为第一方向约束滑轨A2，各槽孔a2关于槽孔b2对称设置。第四侧壁22上开设有均匀排布的若干通孔c2，各通孔c2分别作为相应的一个第四定位滑轨221，第四侧壁22上还开设有沿第二方向设置的通孔d2作为第二方向约束滑轨B2，各通孔c2关于通孔d2对称设置，第四侧壁22上的各通孔c2分别与第三侧壁21上相应的一个槽孔a2正对设置，且正对设置的槽孔a2和通孔c2的形状、大小完全相同，其设置目的是为保证定位杆4可以始终保持与槽孔a2及通孔c2垂直，保证结构稳定。

在一些实施例中，各定位滑轨的尺寸应根据实际被控结构的尺寸以及形状记忆合金阻尼器的使用场合设定。

在一些实施例中，若干定位杆4在相应的定位滑轨内移动，定位杆4的个数与第一仓体1的第一侧壁11上开设的第一定位滑轨111的个数相同，各定位杆4的上部依次穿过第四侧壁22上相应的一个第四定位滑轨221(即通孔c2)和第一侧壁11上相应的一个第一定位滑轨111(即槽孔a1)，各定位杆4的下部依次穿过第二侧壁12上相应的一个第二定位滑轨121(即通孔c1)和第三侧壁21上相应的一个第三定位滑轨211(即槽孔a2)，且各定位杆4的顶端与第一侧壁11内侧相接触、各定位杆4的底端与第三侧壁21内侧相接触以保证定位杆4在移动过程中不至倾覆，因此，各定位杆4的移动同时受相应的一个第一定位滑轨111、一个第二定位滑轨121、一个第三定位滑轨211和一个第四定位滑轨221的共同限制，具体将在下文中描述。

在一些实施例中，各定位杆4采用但不限于铬钢、铬钼钢和镍铬钼钢等材料，其材料应具有足够刚度，保证在本形状记忆合金阻尼器在工作过程中不产生大形变，此外，所选取材料应具有较小的摩擦系数，减少各连接杆在相应定位滑轨中移动时产生的摩擦力。

在一些实施例中，第一仓体1的上部还设有第一球铰61，第二仓体2的下部还设有第二球铰62，第一球铰61及第二球铰62用于连接形状记忆合金阻尼器及受控结构，根据实际工程的空间及位置，也可将球铰改为可移动铰支座、固定铰支座、固定支座及定向支座等。

在一些实施例中，约束器中第一约束器31和第二约束器32的结构相同且对称设置。第一约束器31包括第一约束件31a及第二约束件31b。第一约束件31a固定在第一方向约束滑轨A1上，用于对第一仓体1进行约束，使得第一仓体1只能发生相对于第一约束器31在第一方向上的位移，第二约束件31b固定在第二方向约束滑轨B2上使得第二仓体2只能发生相对于第一约束器31在第二方向上的位移。

第二约束器32包括第三约束件32a及第四约束件32b。第三约束件32a固定在第一方向约束滑轨A2上，用于对第二仓体2进行约束，使得第二仓体2只能发生相对于第二约束器32在第一方向上的位移，第四约束件32b固定在第二方向约束滑轨B1上使得第一仓体1只能发生相对于第二约束器32在第二方向上的位移。

在一些实施例中，形状记忆合金丝5缠绕在各定位杆4上，以将各定位杆4进行连接。形状记忆合金丝5采用钛镍合金或铜锌铝合金，具体材料选取根据实际受控结构的最大变形确定，当受控结构应变较小时可使用铜锌铝合金，当受控结构应变较大时可采用钛镍合金。

在一些实施例中，为提升本阻尼器的减振消能性能，采用多匝形状记忆合金丝5，多匝形状记忆合金丝5采用平行排列，具体排列方式及排列间距无限制，形状记忆合金丝5的具体匝数等根据实际需要确定。

在一些实施例中，本公开实施例中第一定位滑轨111、第二定位滑轨121、第三定位滑轨211和第四定位滑轨221均为正方形，定位杆4、第一定位滑轨111、第二定位滑轨121、第三定位滑轨211和第四定位滑轨221均设有四个，且各侧壁上的定位滑轨均呈方形阵列排布。当定位滑轨采用其他正n边型构造时，其分布也应为正n边型，对应的定位杆有n个。

在一些实施例中，可调整第一仓体1及第二仓体2的上下位置关系；还可调整第一仓体1及第二仓体2中各侧壁的上下关系，如可将第一仓体1的第二侧壁12设置在第二仓体2的第三侧壁21的下方；本公开实施例的阻尼器的工作原理不变。

以下描述本公开实施例提供的形状记忆合金阻尼器的工作过程：

参见图7，在初始情况下，形状记忆合金丝5中设有预应力，定位杆4受到形状记忆合金丝5的约束，处于相对位置最近的位置(即图7中左上方的定位杆4位于左上方的定位滑轨的右下角)，此时的形状记忆合金丝5的总长度最短，如图中7中虚线所示。当形状记忆合金阻尼器的第一球铰61及第二球铰62受力产生位移时，由于第一约束器31以及第二约束器32的存在，第一仓体1以及第二仓体2将发生相对平动，而不发生相对转动。由于第一定位滑轨111与第二定位滑轨121相对静止，第三定位滑轨211与第四定位滑轨221相对静止，为说明方便，记第一定位滑轨111与第二定位滑轨121为上层滑轨组Ⅰ，记第三定位滑轨14与第四定位滑轨18为下层滑轨组Ⅱ，则此时上层滑轨组Ⅰ与下层滑轨组Ⅱ将发生相对平动。在此过程中，定位杆4持续受到形状记忆合金丝5的约束，因此总是在可行的几何约束下保持相对位置最近的状态，当第一球铰61与第二球铰62发生相对位移时，定位杆4受到上层滑轨组Ⅰ与下层滑轨组Ⅱ的几何约束，其位置将发生变化，且与初始位置相比，其位置的变化总是使得形状记忆合金丝5变长，如图7所示。

当形状记忆合金丝5被拉长后，将产生使得形状记忆合金阻尼器整体恢复到初始状态的作用力，在此过程中，由于形状记忆合金材料的特性，将产生能量消耗，从而使整体结构达到减振消能的效果。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本申请的描述中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本公开的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本公开的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本公开的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种形状记忆合金阻尼器，其特征在于，包括：

第一仓体，所述第一仓体具有相对静止的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁上开设有第一方向约束滑轨A1和若干第一定位滑轨，所述第二侧壁上开设有第二方向约束滑轨B1和与所述第一定位滑轨正对设置的若干第二定位滑轨；

第二仓体，所述第二仓体与所述第一仓体之间可发生沿由第一方向和第二方向构成的平面内的任意方向的平动，所述第二仓体具有相对静止的第三侧壁和第四侧壁，所述第三侧壁与所述第一侧壁相对设置，所述第三侧壁上开设有第一方向约束滑轨A2和若干第三定位滑轨，所述第四侧壁与所述第二侧壁相对设置，所述第四侧壁上开设有第二方向约束滑轨B2和与所述第三定位滑轨正对设置的若干第四定位滑轨；

约束器，用于约束所述第一仓体和所述第二仓体相对运动的方向，所述约束器包括第一约束器和第二约束器，所述第一约束器受所述第一方向约束滑轨A1和所述第二方向约束滑轨B2的约束，所述第二约束器受所述第一方向约束滑轨A2和所述第二方向约束滑轨B1的约束；

若干定位杆，各所述定位杆在相应的定位滑轨内运动，各所述定位杆之间连接有形状记忆合金丝，当所述第一仓体和所述第二仓体产生相对运动时，各所述定位杆的间距受相应定位滑轨的限制作用以及所述形状记忆合金丝的回复力作用产生变化。

2.根据权利要求1所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述第一方向与所述第二方向相交。

3.根据权利要求1所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述第一仓体为U形结构，该U形结构相对设置的两壁分别作为所述第一侧壁和所述第二侧壁，若干所述第一定位滑轨关于所述第一方向约束滑轨A1对称设置，若干所述第二定位滑轨关于所述第二方向约束滑轨B1对称设置。

4.根据权利要求1所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述第二仓体为U形结构，该U形结构相对设置的两壁分别作为所述第三侧壁和所述第四侧壁，若干所述第三定位滑轨关于所述第一方向约束滑轨A2对称设置，若干所述第四定位滑轨关于所述第二方向约束滑轨B2对称设置。

5.根据权利要求1所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，各正对设置的所述第一定位滑轨和所述第三定位滑轨的结构和形状相同，各正对设置的所述第二定位滑轨和所述第四定位滑轨的结构和形状相同；各定位滑轨均为边数相同的正多边形结构，且各定位滑轨和所述定位杆的个数与定位滑轨的边数相同。

6.根据权利要求1所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，单个所述定位杆同时在相应的一个所述第一定位滑轨、一个所述第二定位滑轨、一个所述第三定位滑轨和一个所述第四定位滑轨内移动。

7.根据权利要求1所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，各所述定位杆之间连接有多匝平行排列的所述形状记忆合金丝。

8.根据权利要求1所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述第一约束器包括第一约束件和第二约束件；所述第一约束件固定在所述第一方向约束滑轨A1上，用于使所述第一仓体只能发生相对于所述第一约束器在第一方向上的平动；所述第二约束件固定在所述第二方向约束滑轨B2上，用于使所述第二仓体只能发生相对于所述第一约束器在第二方向上的平动；

所述第二约束器包括第三约束件和第四约束件；所述第三约束件固定在所述第一方向约束滑轨A2上，用于使所述第二仓体只能发生相对于所述第二约束器在第一方向上的平动；所述第四约束件固定在所述第二方向约束滑轨B1上，用于使所述第一仓体只能发生相对于所述第二约束器在第二方向上的平动。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，在所述第一仓体上设有第一连接件，在所述第二仓体上设有第二连接件，所述第一仓体和所述第二仓体分别通过所述第一连接件和所述第二连接件与受控结构连接。

10.根据权利要求9所述的形状记忆合金阻尼器，其特征在于，所述第一连接件和所述第二连接件采用球铰、可移动铰支座、固定铰支座、固定支座和/或定向支座。