具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，包括連接法蘭，連接螺母，缸筒，中間導(dǎo)向螺母，控制單元，外滑塊，封閉導(dǎo)向螺母，核心導(dǎo)桿，所述連接法蘭設(shè)置在所述阻尼器的兩端，一端的所述連接法蘭與所述連接螺母連接，另一端的所述連接法蘭與所述核心導(dǎo)桿連接，所述連接螺母安裝在所述缸筒空腔一側(cè)端部，所述核心導(dǎo)桿設(shè)在所述缸筒內(nèi)部，所述核心導(dǎo)桿外側(cè)包裹有所述外滑塊，所述外滑塊的外側(cè)設(shè)有若干個(gè)所述控制單元，所述外滑塊的兩端分別設(shè)有所述中間導(dǎo)向螺母和所述封閉導(dǎo)向螺母。本實(shí)用新型具有阻尼能力強(qiáng)、可恢復(fù)變形大、性能較穩(wěn)定、多種工作狀態(tài)自由切換等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型是一種用于土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域的智能控制裝置，用于高層建筑、大跨建筑、橋梁結(jié)構(gòu)及其他土木工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)力災(zāi)害作用下的安全性和舒適度控制，屬于土木工程結(jié)構(gòu)耗能減振控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器。
【背景技術(shù)】
[0002]結(jié)構(gòu)減振控制通過(guò)在結(jié)構(gòu)中合理設(shè)置減振耗能裝置，來(lái)有效地控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，使結(jié)構(gòu)在地震、大風(fēng)或其他動(dòng)力干擾作用下的各項(xiàng)反應(yīng)值被控制在允許范圍內(nèi)。它對(duì)于提高土木工程結(jié)構(gòu)的抗震、抗風(fēng)能力，減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)，減少災(zāi)害損失，滿足結(jié)構(gòu)安全和使用功能要求，具有重要的意義。摩擦阻尼器作為較早被研究和應(yīng)用的減振技術(shù)之一，具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、安裝方便、耗能能力好等許多優(yōu)點(diǎn)，因此成為工程中常用的一種耗能減振裝置。已經(jīng)有了普通摩擦阻尼器、Pall摩擦阻尼器、Sumitomo摩擦阻尼器、滑移型長(zhǎng)孔螺栓節(jié)點(diǎn)阻尼器、壓電智能摩擦阻尼器等多種形式，但這些摩擦阻尼器通常并不具備自復(fù)位的功能，當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形后，阻尼器難以使結(jié)構(gòu)回復(fù)到原有幾何狀態(tài)，較大的殘余變形將限制結(jié)構(gòu)災(zāi)后修復(fù)的能力。
[0003]近年來(lái)，智能材料和結(jié)構(gòu)的發(fā)展成為結(jié)構(gòu)減振控制的一個(gè)重要方向，人們利用電/磁流變液體、形狀記憶合金材料、壓電材料和電/磁致伸縮材料等智能驅(qū)動(dòng)材料研制各類(lèi)被動(dòng)、主動(dòng)和半主動(dòng)的阻尼減振裝置。磁致形狀記憶合金(Magnetic Shape Memory Alloy，簡(jiǎn)寫(xiě)為MSMA)不僅具有馬氏體相變引起的形狀記憶效應(yīng)和超彈性，而且具有馬氏體變體重定向引起的磁致形狀記憶效應(yīng)和超彈性。它兼具壓電陶瓷和磁致伸縮材料響應(yīng)頻率快和溫控形狀記憶合金輸出應(yīng)變和應(yīng)力大的特點(diǎn)，且兼具傳感和驅(qū)動(dòng)功能，在科學(xué)研究和工程應(yīng)用中具有廣闊的前景，是智能材料研究的熱門(mén)之一。在機(jī)械、傳感等領(lǐng)域已經(jīng)有了較多的裝置研發(fā)，如磁控形狀記憶合金自傳感執(zhí)行器(CN 101620412 A)、差動(dòng)式磁控形狀記憶合金執(zhí)行器(CN 1633021 A)、磁控形狀記憶合金蠕動(dòng)型直線電機(jī)(CN 1474504 A)、一種高頻驅(qū)動(dòng)裝置(CN 202798522 U)等裝置。近年來(lái)，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域亦有了一些裝置的研究，如磁控形狀記憶合金伸縮作動(dòng)器(CN 102359198 A)、基于磁控形狀記憶合金的建筑物防震系統(tǒng)及其感應(yīng)控制方法(CN 103382743 A)等。然而，由于目前磁控形狀記憶合金材料加工性能和成本的限制，適用于土木工程結(jié)構(gòu)的較大噸位的磁控形狀記憶合金阻尼器幾乎沒(méi)有。
[0004]因此，結(jié)合摩擦阻尼器和磁致形狀記憶合金的特點(diǎn)，研究一種具有大變形自復(fù)位能力的智能摩擦阻尼器具有一定的實(shí)際意義。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，提供一種具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，利用磁性形狀記憶合金動(dòng)態(tài)改變摩擦阻尼特性，并使其具備自復(fù)位特點(diǎn)的智能摩擦阻尼器，用于土木工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)力災(zāi)害作用下的耗能減振。本實(shí)用新型利用磁致形狀記憶合金改變阻尼器摩擦特性，利用楔形滑動(dòng)面和磁致形狀記憶合金結(jié)合實(shí)現(xiàn)自復(fù)位功能，相較于一般壓電智能摩擦阻尼器由于磁致形狀記憶合金較大的可恢復(fù)變形，使得阻尼器具有更大的摩擦阻尼調(diào)節(jié)能力和可恢復(fù)變形，同時(shí)，在不同的位移狀態(tài)下，又具有變剛度的特性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，包括連接法蘭，連接螺母，缸筒，中間導(dǎo)向螺母，控制單元，外滑塊，封閉導(dǎo)向螺母，核心導(dǎo)桿，所述連接法蘭設(shè)置在所述阻尼器的兩端，一端的所述連接法蘭與所述連接螺母連接，另一端的所述連接法蘭與所述核心導(dǎo)桿連接，所述連接螺母安裝在所述缸筒空腔一側(cè)端部，所述核心導(dǎo)桿設(shè)在所述缸筒內(nèi)部，所述核心導(dǎo)桿外側(cè)包裹有所述外滑塊，所述外滑塊的外側(cè)設(shè)有若干個(gè)所述控制單元，所述外滑塊的兩端分別設(shè)有所述中間導(dǎo)向螺母和所述封閉導(dǎo)向螺母。
[0008]進(jìn)一步的，所述控制單元由彈簧、導(dǎo)磁墊板、線圈、永磁體和磁致形狀記憶合金塊組成，所述磁致形狀記憶合金塊通過(guò)所述墊板與所述彈簧連接，所述磁致形狀記憶合金塊外側(cè)包裹線圈，所述線圈外側(cè)為所述永磁體。
[0009]優(yōu)選的，所述核心導(dǎo)桿由核心桿和核心內(nèi)滑塊組成，所述核心內(nèi)滑塊與所述外滑塊的接觸面是粗糙面，并根據(jù)需要設(shè)置摩擦材料，利用接觸面之間的摩擦耗散振動(dòng)能量。
[0010]進(jìn)一步的，所述控制單元控制外滑塊的徑向運(yùn)動(dòng);所述中間導(dǎo)向螺母和所述封閉導(dǎo)向螺母限制所述外滑塊的軸向運(yùn)動(dòng)，并保證所述核心導(dǎo)桿的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0011 ] 進(jìn)一步的，所述磁致形狀記憶合金塊可以采用Ni2MnGa、Ni2FeGa等磁致形狀記憶合金或復(fù)合材料。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:
[0013]本實(shí)用新型作為一種耗能減振裝置，能夠有效控制土木工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的響應(yīng)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu);該裝置綜合利用了核心內(nèi)滑塊與外滑塊之間的摩擦、磁致形狀記憶合金超彈性和磁致形狀記憶效應(yīng)所產(chǎn)生的阻尼來(lái)耗散能量，不通電時(shí)表現(xiàn)為自復(fù)位約束摩擦阻尼器，通電后表現(xiàn)為自復(fù)位變阻尼的半主動(dòng)摩擦阻尼器，同時(shí)還對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的輸出力和提供變剛度的作用。該阻尼器充分考慮了目前磁致形狀記憶合金較脆、加工性能較差、僅能制作小體積塊體和薄膜等小尺寸構(gòu)件等加工特點(diǎn);具有阻尼能力強(qiáng)、可恢復(fù)變形大、性能較穩(wěn)定、具有多種工作狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器的外觀示意圖；
[0015]圖2(a)為本實(shí)用新型具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器的1-1剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2(b)為本實(shí)用新型具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器的2-2剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器的3-3剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本實(shí)用新型具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器的4-4剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為本實(shí)用新型具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器的控制單元結(jié)構(gòu)示意詳圖。
[0020]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:1、連接法蘭，2、連接螺母，3、缸筒，4、中間導(dǎo)向螺母，5、控制單元，51、彈簧，52、導(dǎo)磁墊板，53、線圈，54、永磁體，55、磁致形狀記憶合金塊，6、外滑塊，7、封閉導(dǎo)向螺母，8、核心導(dǎo)桿，81、核心桿，82、核心內(nèi)滑塊。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0022]參照?qǐng)D1-圖5所示，具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，包括連接法蘭I，連接螺母2，缸筒3，中間導(dǎo)向螺母4，控制單元5，外滑塊6，封閉導(dǎo)向螺母7，核心導(dǎo)桿8，所述連接法蘭I設(shè)置在所述阻尼器的兩端，一端的所述連接法蘭I與所述連接螺母2連接，另一端的所述連接法蘭I與所述核心導(dǎo)桿8連接，所述連接螺母2安裝在所述缸筒3空腔一側(cè)端部，所述核心導(dǎo)桿8設(shè)在所述缸筒3內(nèi)部，所述核心導(dǎo)桿8外側(cè)包裹有所述外滑塊6，所述外滑塊6的外側(cè)設(shè)有若干個(gè)所述控制單元5，所述外滑塊6的兩端分別設(shè)有所述中間導(dǎo)向螺母4和所述封閉導(dǎo)向螺母7。
[0023]進(jìn)一步的，所述控制單元5由彈簧51、導(dǎo)磁墊板52、線圈53、永磁體54和磁致形狀記憶合金塊55組成，所述磁致形狀記憶合金塊55通過(guò)所述墊板52與所述彈簧51連接，所述磁致形狀記憶合金塊55外側(cè)包裹線圈53，所述線圈53外側(cè)為所述永磁體54。
[0024]優(yōu)選的，所述核心導(dǎo)桿8由核心桿81和核心內(nèi)滑塊82組成，所述核心內(nèi)滑塊82與所述外滑塊6的接觸面是粗糙面，并根據(jù)需要設(shè)置摩擦材料，利用接觸面之間的摩擦耗散振動(dòng)能量，所述核心內(nèi)滑塊82的外側(cè)與所述外滑塊6的內(nèi)側(cè)沿軸線方向均為波浪狀，且所述核心內(nèi)滑塊82與所述外滑塊6由波浪狀的接觸面相互嚙合，核心內(nèi)滑塊82、外滑塊6的波浪狀凹、凸接觸面是粗糙的接觸面，它們的凹、凸接觸面可設(shè)置摩擦材料。
[0025]進(jìn)一步的，所述控制單元5控制外滑塊6的徑向運(yùn)動(dòng);所述中間導(dǎo)向螺母4和所述封閉導(dǎo)向螺母7限制所述外滑塊6的軸向運(yùn)動(dòng)，并保證所述核心導(dǎo)桿8的軸向運(yùn)動(dòng)。
[0026]進(jìn)一步的，所述磁致形狀記憶合金塊55可以采用Ni2MnGa、Ni2FeGa等磁致形狀記憶合金或復(fù)合材料，通過(guò)所述磁致形狀記憶合金塊55的超彈性效應(yīng)和磁致形狀記憶效應(yīng)產(chǎn)生自復(fù)位和變阻尼半主動(dòng)控制的功能。
[0027]本實(shí)用新型的原理:
[0028]當(dāng)阻尼器兩端的連接法蘭I與結(jié)構(gòu)共同工作時(shí)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而推拉核心導(dǎo)桿8，使核心內(nèi)滑塊82沿軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，擠壓外滑塊6沿徑向產(chǎn)生相對(duì)位移，但由于控制單元對(duì)有外滑塊6產(chǎn)生徑向約束作用，而使核心內(nèi)滑塊82與外滑塊6的接觸面上產(chǎn)生相互作用力，阻尼器的輸出力就是由這個(gè)作用力的軸向分力和接觸面上相應(yīng)的摩擦力組成的。
[0029]不通電時(shí)，在小位移的情況下，磁致形狀記憶合金55沒(méi)有發(fā)生馬氏體重定向，阻尼器主要依靠滑塊之間的摩擦來(lái)吸收能量;在大位移的情況下，磁致形狀記憶合金55發(fā)生了馬氏體重定向而產(chǎn)生內(nèi)耗，使之具有超彈性阻尼耗能作用，此時(shí)阻尼器利用金屬的阻尼和接觸面的摩擦來(lái)共同耗散振動(dòng)能量;振動(dòng)結(jié)束后，由于磁致形狀記憶合金55的超彈性效應(yīng)，能夠恢復(fù)初始狀態(tài)，從而使阻尼器復(fù)位。
[0030]通電時(shí)，在線圈53產(chǎn)生的激勵(lì)磁場(chǎng)和永磁體產(chǎn)生的偏置磁場(chǎng)共同作用下，控制磁致形狀記憶合金塊55的變形，從而達(dá)到控制阻尼器摩擦特性的目的，使其具有半主動(dòng)阻尼器的特性，同時(shí)，由于磁致形狀記憶效應(yīng)，能夠在振動(dòng)結(jié)束后使阻尼器復(fù)位。
[0031 ]此外，由于磁致形狀記憶合金55在不同的馬氏體孿晶相下，其彈性模量變化較大，使阻尼器的剛度也發(fā)生較大變化，因而，阻尼器是一種變剛度的阻尼器。
[0032]本實(shí)用新型的具體實(shí)施步驟:
[0033](I)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，計(jì)算出所需要的阻尼器設(shè)計(jì)參數(shù)，據(jù)此確定阻尼器截面、控制單元5大小與個(gè)數(shù)、滑塊和核心導(dǎo)桿8尺寸等設(shè)計(jì)參數(shù)。
[0034](2)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)制作磁致形狀記憶合金塊55，在其外側(cè)制作骨架并包裹線圈53，線圈53外側(cè)安裝永磁體54，在永磁體54外側(cè)和底部用包裹非導(dǎo)磁材料外殼，在線圈53和永磁體54頂部安裝導(dǎo)磁墊板52，進(jìn)而在磁致形狀記憶合金塊55頂部安裝墊片和彈簧51，彈簧51的剛度由計(jì)算確定，完成控制單元5的制作;可通過(guò)對(duì)彈簧51和永磁體54的調(diào)整調(diào)節(jié)初始的預(yù)壓狀態(tài)，控制非通電狀態(tài)下的阻尼器力學(xué)特性。
[0035](3)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)加工核心桿81和核心內(nèi)滑塊82，并將兩者固定在一起;加工外滑塊6，核心內(nèi)滑塊82和外滑塊6的接觸面相互咬合，并對(duì)接觸面進(jìn)行設(shè)置摩擦材料等摩擦處理。
[0036](4)將制作的控制單元5按設(shè)計(jì)位置放入外滑塊6預(yù)留的凹?jí)K內(nèi)，將核心導(dǎo)桿8和外滑塊6拼裝在一起，放入缸筒3對(duì)應(yīng)位置;控制單元5與缸筒3固接，且控制單元5的導(dǎo)線通過(guò)缸筒5預(yù)留槽道引致缸筒5外;而后安裝中間導(dǎo)向螺母4和封閉導(dǎo)向螺母7。
[0037](5)最后，安裝連接螺母2，并在兩側(cè)安裝連接法蘭I，完成阻尼器的整體組裝。
[0038]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，其特征在于，包括連接法蘭(1)、連接螺母(2)、缸筒(3)、中間導(dǎo)向螺母(4)、控制單元(5)、外滑塊(6)、封閉導(dǎo)向螺母(7)、核心導(dǎo)桿(8)，所述連接法蘭(I)設(shè)置在所述阻尼器的兩端，一端的所述連接法蘭(I)與所述連接螺母(2)連接，另一端的所述連接法蘭(I)與所述核心導(dǎo)桿(8)連接，所述連接螺母(2)安裝在所述缸筒(3)空腔一側(cè)端部，所述核心導(dǎo)桿(8)設(shè)在所述缸筒(3)內(nèi)部，所述核心導(dǎo)桿(8)外側(cè)包裹有所述外滑塊(6)，所述外滑塊(6)的外側(cè)設(shè)有若干個(gè)所述控制單元(5)，所述外滑塊(6)的兩端分別設(shè)有所述中間導(dǎo)向螺母(4)和所述封閉導(dǎo)向螺母(7)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，其特征在于，所述控制單元(5)由彈簧(51)、導(dǎo)磁墊板(52)、線圈(53)、永磁體(54)和磁致形狀記憶合金塊(55)組成，所述磁致形狀記憶合金塊(55)通過(guò)所述墊板(52)與所述彈簧(51)連接，所述磁致形狀記憶合金塊(55)外側(cè)包裹線圈(53)，所述線圈(53)外側(cè)為所述永磁體(54)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，其特征在于，所述核心導(dǎo)桿(8)由核心桿(81)和核心內(nèi)滑塊(82)組成，所述核心內(nèi)滑塊(82)與所述外滑塊(6)的接觸面是粗糙面，并根據(jù)需要設(shè)置摩擦材料，利用接觸面之間的摩擦耗散振動(dòng)能量。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，其特征在于，所述控制單元(5)控制外滑塊(6)的徑向運(yùn)動(dòng);所述中間導(dǎo)向螺母(4)和所述封閉導(dǎo)向螺母(7)限制所述外滑塊(6)的軸向運(yùn)動(dòng)，并保證所述核心導(dǎo)桿(8)的軸向運(yùn)動(dòng)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有自復(fù)位功能的磁致形狀記憶合金約束摩擦阻尼器，其特征在于，所述磁致形狀記憶合金塊(55)可以采用Ni2MnGa、Ni2FeGa磁致形狀記憶合金或復(fù)合材料。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK205502279SQ201620181500
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】陳鑫, 趙寶成, 李?lèi)?ài)群, 姚江峰
【申請(qǐng)人】蘇州科技學(xué)院