CN201785888U - 一种形状记忆合金自传感阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种形状记忆合金自传感阻尼器，在闭式防护壳内壁上方均匀设置有导向轮，滑块上方与导向轮接触使得滑块能够沿径向往复运动，奥氏体形状记忆合金丝组一端与嵌入滑块两端的绝缘连接件一端连接，奥氏体形状记忆合金丝组另一端通过拉紧螺栓固定在闭式防护壳两端，滑块下方与传动齿轮一端相连，传动齿轮另一端与滑动导杆上方相连，滑动导杆通过设置在闭式防护壳内壁与滑动导杆运动接触面的导向轮沿径向在闭式防护壳内壁底部往复运动。将该阻尼器合理安装于结构中特定部位，对结构进行被动控制，实现有效降低结构损害，同时可对结构或构件在荷载作用下的位移或变形进行时时监测。此实用新型构造简单实用，性能可靠，具有广阔的应用前途和商业前景。

Description

一种形状记忆合金自传感阻尼器

技术领域

本实用新型适用于土木工程领域中的抗震控制，涉及一种抗震控制装置，特别涉及一种形状记忆合金自传感阻尼器。

背景技术

形状记忆合金（SMA）因具有形状记忆效应，超弹性特性和高阻尼特性等多种特殊力学性能而备受关注。随着建筑物跨度增大、高度增加以及结构形式日益复杂，按传统设计方法设计的工程结构在强地震作用甚至正常使用过程中，很难完全避免损伤和破坏。通过振动控制技术来抑制外部动力荷载引起的结构动力响应，同时对结构进行时时健康监测是提高结构安全性的有效手段。而利用形状记忆合金材料(常温下为奥氏体状态)所体现出的良好耗能能力和传感性能，通过合理的构造手段可以应用于结构振动被动控制和结构或构件变形监测的有效途径。在已有的形状记忆合金阻尼器研究和发明以及形状记忆合金传感器的研究和发明的基础上，针对结构地震反应和在荷载作用下的结构变形特点，通过改进形状记忆合金阻尼器构造的措施，设计出一款更为先进的形状记忆合金自传感阻尼器。

发明内容

本实用新型的目的在于，利用常温下为奥氏体状态的形状记忆合金材料(SMA)的超弹性耗能性能和大变形传感性能，针对土木建筑结构在地震作用下的动力反应和静荷载作用下的结构或构件变形特点，设计一种形状记忆合金自传感阻尼器。

为了实现上述技术任务，本实用新型采取如下技术方案：

一种形状记忆合金自传感阻尼器，包括闭式防护壳、传动齿轮、导向轮、滑块、拉紧螺栓、滑动导杆、奥氏体形状记忆合金丝和连接杆，在闭式防护壳内壁上方均匀设置有导向轮，滑块上方与导向轮接触使得滑块能够沿径向往复运动，奥氏体形状记忆合金丝组一端与嵌入滑块两端的绝缘连接件一端连接，奥氏体形状记忆合金丝组另一端通过拉紧螺栓固定在闭式防护壳两端，滑块下方与传动齿轮一端相连，传动齿轮另一端与滑动导杆上方相连，滑动导杆通过设置在闭式防护壳内壁与滑动导杆运动接触面的导向轮沿径向在闭式防护壳内壁底部往复运动。

本实用新型的其他技术特点如下：在奥氏体形状记忆合金丝组两端各设有一组信号输出端和电流输入端，奥氏体形状记忆合金丝组两端通过紧固螺栓固定在连接螺栓上；所述的形状记忆合金传感元件两侧的信号输出端和电流输入端均连接在传感导线上。

所述的奥氏体形状记忆合金丝组为超弹性形状记忆合金，可在滑块之间设置成一组或多组。

本实用新型是利用常温下为奥氏体状态的形状记忆合金材料(SMA)的超弹性耗能性能和大变形传感性能，针对土木建筑结构在地震作用下的动力反应和静荷载作用下的结构或构件变形特点，制作了形状记忆合金自传感阻尼器。将该阻尼器合理安装于结构中特定部位，对结构进行被动控制，实现有效降低结构损害，同时可对结构或构件在荷载作用下的位移或变形进行时时监测。此实用新型构造简单实用，性能可靠，为土木工程领域中结构的抗震控制和健康监测提供了一种有效方法，具有广阔的应用前途和商业前景。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构示意图。

其中图中的数字分别表示：

1.闭式防护壳，2.传动齿轮，3.导向轮，4.绝缘连接件，5.拉紧螺，6.滑动导杆，7.SMA丝，8.传感导线，9.滑块，10.连接杆 ，11. 信号输出端，12. 电流输入端

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式

常温下为奥氏体状态的形状记忆合金材料（SMA）在其体现超弹性性能的过程中因其内部晶体结构发生变化而吸收由外力和相应位移所引起的能量的特性以及其大变形传感特性。本实用新型结合土木建筑结构在地震作用下的动力反应特点以及静荷载作用下的变形和位移特点，设计了一种形状记忆合金自传感阻尼器，可以将该阻尼器合理安装于结构中特定部位，消耗原本由结构自身所消耗的部分地震能量，从而减小结构因地震作用而产生的动力反应，实现有效降低结构损害，同时利用其自传感功能实现对结构或构件变形或位移的时时监测。

参见图1，本实用新型的形状记忆合金自传感阻尼器，包括闭式防护壳1、传动齿轮2、导向轮3、滑块9、拉紧螺栓5、滑动导杆6、奥氏体形状记忆合金丝7和连接杆10，在闭式防护壳1内壁上方均匀设置有导向轮3，滑块9上方与导向轮3接触使得滑块9能够沿径向往复运动，奥氏体形状记忆合金丝组7一端与嵌入滑块9两端的绝缘连接件4一端连接，奥氏体形状记忆合金丝组7另一端通过拉紧螺栓5固定在闭式防护壳1两端，滑块9下方与传动齿轮2一端相连，传动齿轮2另一端与滑动导杆6上方相连，滑动导杆6通过设置在闭式防护壳1内壁与滑动导杆6运动接触面的导向轮3沿径向在闭式防护壳1内壁底部往复运动。

在奥氏体形状记忆合金丝组7两端各设有一组信号输出端11和电流输入端12，奥氏体形状记忆合金丝组7两端通过紧固螺栓5固定在连接螺栓6上；所述的形状记忆合金传感元件1两侧的信号输出端2和电流输入端3均连接在传感导线8上。

所述的奥氏体形状记忆合金丝组7为超弹性形状记忆合金，可在滑块9之间设置成一组或多组。

在设计过程中充分考虑了抗震控制的特点：首先，地震荷载作用时结构物因动力响应而产生的位移或变形为毫米级，因此为了能够提高形状记忆合金在发生超弹性变形过程中吸收地震输入结构的能量的效率，设计了齿轮传动式位移放大机制；与传统的杠杆式位移放大机制相比，本方案中的齿轮传动式位移放大机制，其传动效率较高，且其耐用性和稳定性较好。其次，考虑到形状记忆合金丝材抗压稳定性以及抗弯性较差，抗拉性好的特点对形状记忆合金丝施加预拉应力，使其只承受拉力；第三，结构物在荷载作用下产生的位移或变形为毫米级，因此形状记忆合金在大应变情况下电阻变化率与应变之间体现出的良好线性对应关系能够更加准确的反映结构或构件的位移和变形情况；第四，形状记忆合金位移传感器在往复变形过程中体现出的稳定的工作性能不仅对于结构在静荷载作用下的变形进行监测，且很好地适用于因风或地震等动力荷载作用下结构或构件产生的往复变形和位移时时监测；第五，由于要将该装置集成到建筑结构中，所以将阻尼器两端的作动杆及连接杆制作成螺纹连接。此装置充分考虑了形状记忆合金材料的优良特性及建筑结构抗震的特点，具有广阔的应用前景。

本实用新型适用于建筑结构的抗震控制，将此装置合理地嵌固于结构中特定部位，如结构中变形敏感部位，可以起到结构地震反应被动控制的作用。当结构受地震作用时，引起的变形或位移将推动或拉动阻尼器的滑动导杆6做往复运动，滑动导杆6通过位移放大机制使嵌固于阻尼器内的形状记忆合金丝产生拉伸卸载运动，从而发挥其超弹性性能而达到消耗结构中地震输入的能量，减小结构物在地震中产生的动力反应。同时其自传感功能可提供对结构在静/动荷载作用下产生的变形和位移的时时监测作用。

Claims (3)

1.一种形状记忆合金自传感阻尼器，包括闭式防护壳（1）、传动齿轮（2）、导向轮（3）、滑块（9）、拉紧螺栓（5）、滑动导杆（6）、奥氏体形状记忆合金丝（7）和连接杆（10），其特征在于：在闭式防护壳（1）内壁上方均匀设置有导向轮（3），滑块（9）上方与导向轮（3）接触使得滑块（9）能够沿径向往复运动，奥氏体形状记忆合金丝组（7）一端与嵌入滑块（9）两端的绝缘连接件（4）一端连接，奥氏体形状记忆合金丝组（7）另一端通过拉紧螺栓（5）固定在闭式防护壳（1）两端，滑块（9）下方与传动齿轮（2）一端相连，传动齿轮（2）另一端与滑动导杆（6）上方相连，滑动导杆（6）通过设置在闭式防护壳（1）内壁与滑动导杆（6）运动接触面的导向轮（3）沿径向在闭式防护壳（1）内壁底部往复运动。

2.如权利要求1所述的形状记忆合金自传感阻尼器，其特征在于：在奥氏体形状记忆合金丝组（7）两端各设有一组信号输出端（11）和电流输入端（12），奥氏体形状记忆合金丝组（7）两端通过紧固螺栓（5）固定在连接螺栓（6）上；所述的形状记忆合金传感元件（1）两侧的信号输出端（2）和电流输入端（3）均连接在传感导线（8）上。

3.如权利要求1所述的形状记忆合金自传感阻尼器，其特征在于：所述的奥氏体形状记忆合金丝组（7）为超弹性形状记忆合金，可在滑块（9）之间设置成一组或多组。

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