專利名稱：具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)減震控制與防災(zāi)減災(zāi)防護(hù)領(lǐng)域，具體為一種具有自動監(jiān)測其阻尼性能的形狀記憶合金阻尼裝置，它主要用于結(jié)構(gòu)在動力作用下的耗能減震并可以實(shí)時(shí)監(jiān)測阻尼裝置在耗能過程中提供的耗能力的時(shí)程，同時(shí)該裝置也可以用于結(jié)構(gòu)非線性行為的模擬與試驗(yàn)研究。
背景技術(shù)：
形狀記憶合金由于具有形狀記憶和超彈性性能，能作為一種阻尼裝置用于土建結(jié)構(gòu)與機(jī)械工程結(jié)構(gòu)的耗能減震控制。一般的形狀記憶合金阻尼裝置在使用過程中由于連接松動等原因會導(dǎo)致耗能效果退化，開發(fā)具有自動監(jiān)測其阻尼力的形狀記憶合金阻尼裝置具有重要意義。一方面便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)阻尼裝置的性能退化，及時(shí)維護(hù)和更換，另一方面測量阻尼裝置所提供的阻尼力可以用于定量確定阻尼裝置在結(jié)構(gòu)的振動控制中所消耗的能量。此外，具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置也為非線性動力系統(tǒng)研究提供了一種可以產(chǎn)生非線性恢復(fù)力并具備實(shí)時(shí)測量功能的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有形狀記憶合金阻尼裝置中存在的技術(shù)不足，本發(fā)明旨在提供一種具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，該裝置耗能減震效果穩(wěn)定、能實(shí)時(shí)監(jiān)測到形狀記憶合金絲提供的耗能性能，不僅能夠用于結(jié)構(gòu)的耗能減震和控制，而且還能實(shí)時(shí)監(jiān)測阻尼裝置性能變化，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、耗能減震良好、構(gòu)造簡單、易于裝卸等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是所述具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，包括通過連接件連接在地基或結(jié)構(gòu)上的鋼套筒，部分裝在該鋼套筒內(nèi)的內(nèi)鋼筒，和至少一對夾具；所述鋼套筒上開有至少一條滑動槽和多個(gè)螺孔，所述內(nèi)鋼筒上開有多個(gè)螺孔，所述成對的夾具中的一個(gè)夾具穿過滑動槽裝在內(nèi)鋼筒的螺孔上， 另一個(gè)夾具裝在鋼套筒的螺孔上；所述成對的夾具中的一個(gè)夾具和另一個(gè)夾具之間連接有形狀記憶合金絲。為了使得穿過滑動槽和內(nèi)鋼筒的螺孔的夾具與內(nèi)鋼筒相連后，內(nèi)鋼筒相對內(nèi)鋼筒可以滑動，所述滑動槽的寬度大于螺孔的孔徑。所述鋼套筒的內(nèi)徑比內(nèi)鋼筒外徑稍大，但內(nèi)鋼筒的端部大小與鋼套筒的相同，為了使鋼套筒與內(nèi)鋼筒之間的摩擦力也能提供一定的阻尼，所述鋼套筒的內(nèi)壁面與內(nèi)鋼筒的外壁面的粗糙度可根據(jù)所需要的摩擦阻尼力大小選取，粗糙度可取為3. 2 50范圍內(nèi)的值。進(jìn)一步地，所述成對的夾具均包括小鋼套、裝在小鋼套內(nèi)的中空的膨脹變截面螺桿，以及與該膨脹變截面螺桿配合連接的螺帽；所述成對的夾具的一個(gè)夾具還包括位于螺帽與小鋼套之間的能監(jiān)測到形狀記憶合金絲力的力傳感器。更進(jìn)一步地，所述成對的夾具的另一個(gè)夾具還包括位于螺帽與小鋼套之間的墊圈。其中，所述膨脹變截面螺桿的大截面端為四部分，自由狀態(tài)時(shí)，四部分保持膨脹張開狀態(tài)，所述形狀記憶合金絲穿過該中空的膨脹變截面螺桿。夾具不僅能夠夾緊形狀記憶合金絲，還能使連接在夾具中的力傳感器實(shí)測到耗能裝置中形狀記憶合金絲所提供的阻尼力。所述膨脹變截面螺桿的螺桿部分與所述小鋼筒內(nèi)壁、墊圈的內(nèi)孔壁之間均有空隙。所述鋼套筒的一端內(nèi)側(cè)和內(nèi)鋼筒的同一端之間設(shè)有空隙。若是夾具對稱分布在內(nèi)鋼筒的上下兩側(cè)時(shí)，所述鋼套筒上的螺孔數(shù)目為滑動槽數(shù)目的兩倍。所述鋼套筒作為固定端，其上面的若干條供內(nèi)鋼筒上夾具穿過并滑動的槽可以雙向提供較穩(wěn)定的阻尼耗能力和較大的剛度。另外，鋼套筒和內(nèi)鋼筒上設(shè)置的若干成排的螺孔，可以將夾具的位置安置在不同螺孔，有利于調(diào)整形狀記憶合金絲的長度，實(shí)現(xiàn)不同耗能減震能力和控制目的。以下對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。一種具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置包括形狀記憶合金絲、鋼套筒、內(nèi)鋼筒、若干個(gè)夾具以及用于固定在結(jié)構(gòu)上的連接件。鋼套筒和內(nèi)鋼筒上均有若干對成對的夾具，它用于固定形狀記憶合金絲并實(shí)時(shí)監(jiān)測其提供的阻尼力，下面的說明時(shí)僅以兩對夾具為例進(jìn)行闡述。在實(shí)際運(yùn)用時(shí)可以根據(jù)所需要的耗能能力的大小，來對稱增設(shè)夾具的對數(shù)。該阻尼裝置的關(guān)鍵部件是用于測力的夾具設(shè)計(jì)，成對的夾具主要由小鋼套、膨脹變截面螺桿、力傳感器(墊圈)和螺帽等構(gòu)成。其中，膨脹變截面螺桿的螺桿中心為空心，截面較大一端被劃分為四部分，四部分合攏后中間有某一直徑的細(xì)孔，可使形狀記憶合金絲穿過該孔。當(dāng)膨脹變截面螺桿穿過小鋼套、力傳感器或墊圈后，將形狀記憶合金絲穿過膨脹變截面螺桿的細(xì)孔，然后擰緊螺帽，就構(gòu)成了既可夾緊形狀記憶合金絲，又能測量到力的夾具。鋼套筒作為固定端，上面有若干條供內(nèi)鋼筒上夾具穿過并滑動的槽，這樣可以雙向提供較穩(wěn)定的阻尼耗能力和較大的剛度。另外，鋼套筒和內(nèi)鋼筒上可以有一排若干個(gè)螺孔，因而可以將夾具的位置安置在不同螺孔，有利于調(diào)整形狀記憶合金絲的長度，實(shí)現(xiàn)不同耗能減震能力和控制的目的。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明耗能減震效果穩(wěn)定、能實(shí)時(shí)監(jiān)測到形狀記憶合金絲提供的耗能性能，不僅能夠用于結(jié)構(gòu)的耗能減震和控制，而且還能實(shí)時(shí)監(jiān)測阻尼裝置性能變化，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、耗能減震良好、構(gòu)造簡單、易于裝卸等優(yōu)點(diǎn)。該裝置還可以用于非線性動力系統(tǒng)的試驗(yàn)研究中以產(chǎn)生非線性阻尼力。


圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中鋼套筒俯視示意圖；圖3為圖2的左視圖；圖4為圖1中內(nèi)鋼筒俯視示意圖；圖5為圖4的右視圖；圖6為本發(fā)明所述夾具的構(gòu)造示意圖；圖7為本發(fā)明所述膨脹變截面螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖8為圖7的左視圖；圖9為本發(fā)明試樣在無形狀記憶合金絲下的摩擦力宏觀特性示意圖；圖10為本發(fā)明試樣所提供的阻尼力的實(shí)測結(jié)果示意圖。在圖中1-鋼套筒， 2-內(nèi)鋼筒， 3，3a，3b-夾具，4-膨脹變截面螺桿， 5-小鋼套，6-螺帽，7-力傳感器，8-形狀記憶合金絲，9-墊圈，10-螺桿，11-連接件，12-螺孔，13-滑動槽，14-空隙，15-細(xì)孔。
具體實(shí)施例方式參見圖1至圖6，本發(fā)明所述具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置主體部分由鋼套筒1、內(nèi)鋼筒2和夾具3構(gòu)成。其中所述鋼套筒1 一般作為固定端與地基或被控制結(jié)構(gòu)相連；所述內(nèi)鋼筒2 —般作為活動部分與結(jié)構(gòu)相連；連接件11與鋼套筒和內(nèi)鋼筒相連的一端是螺栓方式，連接件11與地基或者結(jié)構(gòu)相連的一端可以有許多種構(gòu)造類型，視具體情況而定，而且所述阻尼裝置的設(shè)計(jì)有利于不同連接件的實(shí)現(xiàn)。下面分別對鋼套筒1、內(nèi)鋼筒2和夾具3進(jìn)行說明。鋼套筒1上至少可以布置4個(gè)夾具，對稱布置在鋼套筒外壁，圖1僅示出了含2個(gè)夾具對稱布置的情況，如圖2和圖3所示，在鋼套筒1的表面有2個(gè)螺孔12和一條滑動槽13，若是對稱分布的情況，螺孔12數(shù)一般是滑動槽13數(shù)目的兩倍。夾具3采用螺栓連接固定在鋼套筒和內(nèi)鋼筒上，即通過圖2中螺孔12與鋼套筒1相連。將夾具連接在內(nèi)鋼筒2上部的螺孔須與圖2中滑動槽13相對應(yīng)，使得與內(nèi)鋼筒2上部相連的夾具3可以穿過該滑動槽13，并能夠自由地沿滑動槽13方向運(yùn)動，因而滑動槽13的寬度要稍大于螺孔12的孔徑。鋼套筒1的內(nèi)徑應(yīng)比內(nèi)鋼筒的外徑略大，鋼套筒的空心表面與內(nèi)鋼筒的表面最好是粗糙的，因?yàn)殇撎淄?與內(nèi)鋼筒2之間的摩擦力也能提供一定的阻尼，本發(fā)明所述阻尼裝置在無形狀記憶合金絲下的摩擦力可以參見圖9，這是拋光后的效果，粗糙表明未拋光的摩擦力會更大。為了防止所述鋼套筒1與內(nèi)鋼筒2在運(yùn)動過程中發(fā)生碰撞，在將內(nèi)套筒2放入鋼套筒1時(shí)，須在兩者之間保留足夠的空隙14，以便使形狀記憶合金絲的超彈性變形能力得到充分發(fā)揮。所述夾具3的構(gòu)造參見圖6，它主要由小鋼套5、力傳感器7、墊圈9、膨脹變截面螺桿4以及螺帽6組成。所述夾具3—般是成對出現(xiàn)，只需在其中一個(gè)夾具3a中安置力傳感器7，另外一個(gè)夾具北中僅需要用一個(gè)較厚的墊圈9代替力傳感器7即可。夾具3通過螺桿10分別與鋼套筒1和內(nèi)鋼筒2相連，為了保證足夠的連接強(qiáng)度，螺桿10兩端還需用螺帽進(jìn)一步加強(qiáng)連接。小鋼套5中的空心樣式與膨脹變截面螺桿4的形狀相配合，將膨脹變截面螺桿4穿過小鋼套5后，依次將力傳感器7、墊圈9穿過膨脹變截面螺桿4，最后利用螺帽 6將力傳感器7和墊圈9夾緊，示意圖可參見圖4。為了保證力傳感器測到更真實(shí)的形狀記憶合金絲力，墊圈9最好不與膨脹變截面螺桿接觸，即墊圈9的孔徑要大于膨脹變截面螺桿 4的螺桿直徑，或者將墊圈9與螺帽6做成一個(gè)兼具兩者功能的部件上。夾緊力傳感器7的同時(shí)，膨脹變截面螺桿4端部的四個(gè)部分會逐漸緊閉，最后卡住通過膨脹變截面螺桿4中心孔洞的形狀記憶合金絲8，因而形狀記憶合金絲8須在螺帽沒擰緊前將其穿過成對的兩個(gè)夾具，要保證形狀記憶合金絲在兩個(gè)夾具3a，3b中間的部分繃緊。夾具3測力的效果圖參見圖10，形狀記憶合金絲的超彈性特性能夠得到較好的反映，結(jié)果表明，利用所述夾具3實(shí)時(shí)監(jiān)測形狀記憶合金絲8提供的阻尼力可行。上述膨脹變截面螺桿4的結(jié)構(gòu)示意圖可參見圖7和圖8，膨脹變截面螺桿4的作用是整個(gè)夾具設(shè)計(jì)理念的核心，它要保證能夠夾緊形狀記憶合金絲8，要能方便地更換不同直徑的形狀記憶合金絲8，還要保證測到形狀記憶合金絲8的力。其設(shè)計(jì)方案如下所述，膨脹變截面螺桿4的大截面端分割成四部分，自由狀態(tài)時(shí)，四部分處于膨脹張開狀態(tài)，膨脹變截面螺桿4的螺桿部分中心為空心，這樣形狀記憶合金絲8可以比較方便地穿過膨脹變截面螺桿4。膨脹變截面螺桿4可以保證一定范圍內(nèi)不同直徑的形狀記憶合金絲8通過，若安裝較大直徑的形狀記憶合金絲8，整個(gè)夾具僅需更換膨脹變截面螺桿4即可。另外，如圖1所示，將內(nèi)鋼筒2放入鋼套筒1中時(shí)，要保留足夠的空隙14，夾具3通過螺桿10分別與鋼套筒1和內(nèi)鋼筒2相連，將一個(gè)夾具3安裝在內(nèi)鋼筒2上端的螺孔12 上，該螺孔與鋼套筒1上的滑動槽13相對應(yīng)，這確定了內(nèi)鋼筒2在鋼套筒1中的大致位置。 其他夾具3按照如圖1所示的方式安裝在鋼套筒1和內(nèi)鋼筒2上。鋼套筒1 一般作為固定端與地基或其他結(jié)構(gòu)相連；內(nèi)鋼筒2 —般作為活動部分與結(jié)構(gòu)相連；連接件11與鋼套筒1和內(nèi)鋼筒2相連的一端是螺栓方式，連接件11與地基或者結(jié)構(gòu)相連的一端可以有許多種構(gòu)造類型，視具體情況而定。上述實(shí)施例闡明的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)理解為這些實(shí)施例僅用于更清楚地說明本發(fā)明，而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，包括通過連接件(11)連接在地基或結(jié)構(gòu)上的鋼套筒(1)，部分裝在該鋼套筒(1)內(nèi)的內(nèi)鋼筒O)，和至少一對夾具 (3a, 3b)；所述鋼套筒(1)上開有至少一條滑動槽(13)和多個(gè)螺孔(12)，所述內(nèi)鋼筒(2)上開有多個(gè)螺孔(12)，所述成對的夾具(3a，;3b)中的一個(gè)夾具(3a)穿過滑動槽(1 裝在內(nèi)鋼筒O)的螺孔(1 上，另一個(gè)夾具(3b)裝在鋼套筒(1)的螺孔(1 上；所述成對的夾具(3)中的一個(gè)夾具(3a)和另一個(gè)夾具(3b)之間連接有形狀記憶合金絲(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述滑動槽(13)的寬度大于螺孔(12)的孔徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述鋼套筒(1)的內(nèi)壁面與內(nèi)鋼筒O)的外壁面的粗糙度為3. 2 50。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述成對的夾具(3)均包括小鋼套(5)、裝在小鋼套(5)內(nèi)的中空的膨脹變截面螺桿，以及與該膨脹變截面螺桿(4)配合連接的螺帽(6)；所述成對的夾具( 的一個(gè)夾具(3a)還包括位于螺帽(6)與小鋼套(5)之間的能監(jiān)測到形狀記憶合金絲(8)力的力傳感器(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述成對的夾具(3)的另一個(gè)夾具(3b)還包括位于螺帽(6)與小鋼套(5)之間的墊圈(9)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述膨脹變截面螺桿的大截面端為四部分，自由狀態(tài)時(shí)，四部分保持膨脹張開狀態(tài)，所述形狀記憶合金絲(8)穿過該中空的膨脹變截面螺桿G)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述膨脹變截面螺桿(4)的螺桿部分與所述小鋼筒(5)內(nèi)壁、墊圈(9)的內(nèi)孔壁之間均有空隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7之一所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述鋼套筒(1)的一端內(nèi)側(cè)和內(nèi)鋼筒O)的同一端之間設(shè)有空隙(14)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 7之一所述的具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，其特征是，所述鋼套筒⑴上的螺孔(12)數(shù)目為滑動槽(13)數(shù)目的兩倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有自監(jiān)測功能的形狀記憶合金阻尼裝置，屬于結(jié)構(gòu)減震控制與防災(zāi)減災(zāi)防護(hù)領(lǐng)域，所述阻尼裝置包括通過連接件連接在地基或結(jié)構(gòu)上的鋼套筒，部分裝在該鋼套筒內(nèi)的內(nèi)鋼筒，和至少一對夾具；所述鋼套筒上開有至少一條滑動槽和多個(gè)螺孔，所述內(nèi)鋼筒上開有多個(gè)螺孔，所述成對的夾具中的一個(gè)夾具穿過滑動槽裝在內(nèi)鋼筒的螺孔上，另一個(gè)夾具裝在鋼套筒的螺孔上；所述成對的夾具中的一個(gè)夾具和另一個(gè)夾具之間連接有形狀記憶合金絲。本發(fā)明不僅能夠用于結(jié)構(gòu)的耗能減震和控制，而且還能實(shí)時(shí)監(jiān)測耗能裝置性能的變化，具有實(shí)時(shí)監(jiān)測、耗能減震良好、構(gòu)造簡單、易于裝卸等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號E04B1/98GK102409776SQ20111026367
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月7日
發(fā)明者元國凱, 許斌, 賀佳, 辛璐璐 申請人:湖南大學(xué)