CN101575882B - 混合型形状记忆合金多维隔振器 - Google Patents
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Abstract
一种混合型形状记忆合金多维隔振器，属于土木工程技术领域。主要由上法兰、内筒、马氏体形状记忆合金耗能弹簧、奥氏体形状记忆合金绞线、外筒、底盘、薄壁形状记忆合金空心球和下法兰组成。其特征在于：内筒上端与上法兰连接，下端与底盘连接，外筒下端与下法兰连接，内筒与外筒通过三层形状记忆合金耗能弹簧和绞线连接，形状记忆合金绞线穿在形状记忆合金耗能弹簧中；每层含有的八组形状记忆合金耗能弹簧和绞线沿内筒圆周径向对称布置；外筒内部放置三层薄壁形状记忆合金空心球；通过上法兰和下法兰将隔振器固定在结构需要进行振动控制的部位。本发明的效果和益处是综合利用了形状记忆合金的超弹性和高阻尼特性，实现了多维方向的振动控制。
Description
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，涉及一种混合型形状记忆合金多维隔振器。
背景技术
如何有效地减轻工程结构在强风和地震等外界荷载下的响应，提高结构的抗灾性能是土木工程领域中亟待解决的问题之一。结构振动控制可以有效地减轻结构在外荷载作用下的损伤，提高结构的防灾性能。振动控制可以通过减振、隔振装置来消耗振动能量，或者通过施加能量来抵消外荷载作用对结构的影响。具体是在结构的某些部位装设某种装置、机构或子结构，以改变或调整结构的动力特性或动力作用，使结构在外荷载作用下的动力响应得到合理的控制，确保结构本身或结构中的人、仪器和设备的安全。
隔振技术相对比较成熟，然而作为一种被动控制装置，耐久性和耐腐蚀性是目前隔振器中普遍存在的问题。如橡胶隔垫易于老化，粘滞阻尼器较难维护，摩擦阻尼器不能自复位，软钢阻尼器有塑性残余变形等。形状记忆合金是一种新型功能材料，具有形状记忆效应、超弹性和高阻尼特性。形状记忆合金隔振器与其他类型的隔振器相比，具有耐久性和耐腐蚀性能好，使用周期长，变形大且可恢复等优点，但现有的形状记忆合金阻尼器主要利用奥氏体形状记忆合金的阻尼特性，耗能能力有限。
此外，工程结构或构件在地震、强风以及机械振动等随机荷载作用下的响应是随机的，表现之一就是振动响应方向的随机性。目前研制开发的阻尼器或隔振器，通常仅具有单一方向的耗能减振能力，本身不易实现工程中的多维被动控制。
因此，综合利用奥氏体形状记忆合金的超弹性自复位能力和马氏体形状记忆合金的高阻尼特性，开发一种具有多维方向的隔振器对土木工程结构减小不利振动具有重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种混合型形状记忆合金多维隔振器，其目的是解决现有隔振器耐久性短、耐腐蚀性差，耗能能力有限，不能自复位，只能单一方向隔振的问题。
本发明的技术方案如下：
混合型形状记忆合金多维隔振器，主要由上法兰螺栓孔、上法兰、固紧螺栓、内筒、马氏体形状记忆合金耗能弹簧、奥氏体形状记忆合金绞线、外筒、底盘、薄壁形状记忆合金空心球、下法兰螺栓孔和下法兰组成。主要技术方案为：内钢筒上端与上法兰连接，下端与钢制底盘连接，外钢筒下端与下法兰连接，内钢筒与外钢筒同轴，两者通过三层马氏体形状记忆合金耗能弹簧和奥氏体形状记忆合金绞线连接，奥氏体形状记忆合金绞线穿在马氏体形状记忆合金耗能弹簧中；每层含有的八组马氏体形状记忆合金耗能弹簧和奥氏体形状记忆合金绞线沿钢筒圆周径向水平对称布置，即形状记忆合金耗能弹簧和形状记忆合金绞线由外钢筒一侧的孔穿入，由内钢筒相应一侧的孔穿出，其两端被固定在外、内钢筒，奥氏体形状记忆合金绞线通过固紧螺栓预拉伸应变至其超弹性平台的中点；外钢筒的内部放置三层薄壁形状记忆合金空心球；通过上法兰和下法兰将隔振器固定在结构需要进行振动控制的部位。
当内钢筒相对于外钢筒在平面内运动时，内钢筒牵引着马氏体形状记忆合金耗能弹簧和奥氏体形状记忆合金绞线部分伸长和部分缩短地交替变化，从而提供稳定的阻尼力并消耗大量能量，以抑制结构或构件平面内任意方向的振动，由于马氏体形状记忆合金耗能弹簧和奥氏体形状记忆合金绞线沿钢筒圆周径向水平对称布置，因此能够保证隔振器在任意水平方向的复位功能；当内钢筒相对于外钢筒发生竖向位移和扭转，薄壁形状记忆合金空心球将会消耗竖向振动的能量，由于在这一振动过程中奥氏体形状记忆合金绞线始终处于拉伸状态，因此该阻尼器具有竖向和扭转方向的振动阻尼及复位功能。
本发明的效果和益处体现在综合利用了奥氏体形状记忆合金的超弹性自复位能力和马氏体形状记忆合金的高阻尼特性，实现了多维方向的振动控制，且该隔振器具有无残余变形、构造简单、安装拆卸方便等特点，可广泛应用于土木工程领域的被动控制，有效减小结构或构件的振动及强振后的残余变形。
附图说明
图1是混合型形状记忆合金多维隔振器的俯视图。
图2是混合型形状记忆合金多维隔振器的侧立面图。
图3是图1中混合型形状记忆合金多维隔振器的A-A剖面图。
图4是图2中混合型形状记忆合金多维隔振器的B-B剖面图。
图中：1.上法兰螺栓孔；2.上法兰；3.固紧螺栓；4.内筒；5.马氏体形状记忆合金耗能弹簧；6.奥氏体形状记忆合金绞线；7.外筒；8.底盘；9.薄壁形状记忆合金空心球；10.下法兰螺栓孔；11.下法兰。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施步骤。
步骤1.对工程结构进行分析，计算出所需要的隔振力大小，根据所要达到的性能要求，确定隔振器的尺寸及参数。
步骤2.将外钢筒7焊接到下法兰11，然后在外钢筒7内放入3层薄壁形状记忆合金空心球9。
步骤3.在上法兰2中心切割一个与内钢筒4直径相同的孔洞，并将上法兰2焊接到内钢筒4的上端，然后将底盘8焊接到内钢筒4的下端。
步骤4.沿内钢筒4和外钢筒7均匀布设三层马氏体形状记忆合金耗能弹簧5和奥氏体形状记忆合金绞线6，每层含有八组马氏体形状记忆合金耗能弹簧5和八组奥氏体形状记忆合金绞线6，奥氏体形状记忆合金绞线6穿在马氏体形状记忆合金耗能弹簧5中，马氏体形状记忆合金耗能弹簧5和奥氏体形状记忆合金绞线6沿内钢筒7外周径向对称布置。
步骤5.通过固紧螺栓3来调节奥氏体形状记忆合金绞线6需要的初始应变。
步骤6.通过上法兰的螺孔1和下法兰的螺孔10将隔振器固定在结构需要进行振动控制的部位。
Claims (1)
1.一种混合型形状记忆合金多维隔振器，由上法兰螺栓孔(1)、上法兰(2)、固紧螺栓(3)、内筒(4)、马氏体形状记忆合金耗能弹簧(5)、奥氏体形状记忆合金绞线(6)、外筒(7)、底盘(8)、薄壁形状记忆合金空心球(9)、下法兰螺栓孔(10)和下法兰(11)组成；其特征在于：内筒(4)的上端与上法兰(2)连接，下端与底盘(8)连接，外筒(7)的下端与下法兰(11)连接，内筒(4)与外筒(7)同轴，两者通过三层马氏体形状记忆合金耗能弹簧(5)和奥氏体形状记忆合金绞线(6)连接，奥氏体形状记忆合金绞线(6)穿在马氏体形状记忆合金耗能弹簧(5)中；每层含有的八组马氏体形状记忆合金耗能弹簧(5)和奥氏体形状记忆合金绞线(6)沿内筒(4)圆周径向水平对称布置，通过固紧螺栓(3)来调节奥氏体形状记忆合金绞线(6)需要的初始应变；外筒(7)内部的底盘(8)之下以及下法兰(11)之上放置三层薄壁形状记忆合金空心球(9)；通过上法兰(2)和下法兰(11)将隔振器固定在结构需要进行振动控制的部位。
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