[发明专利]具有自复位功能的磁致形状记忆合金约束摩擦阻尼器

说明书

技术领域

本发明是一种用于土木工程结构振动控制领域的智能控制装置，用于高层建筑、大跨建筑、桥梁结构及其他土木工程结构在动力灾害作用下的安全性和舒适度控制，属于土木工程结构耗能减振控制的技术领域，具体涉及一种具有自复位功能的磁致形状记忆合金约束摩擦阻尼器。

背景技术

结构减振控制通过在结构中合理设置减振耗能装置，来有效地控制结构的振动响应，使结构在地震、大风或其他动力干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。它对于提高土木工程结构的抗震、抗风能力，减小结构振动响应，减少灾害损失，满足结构安全和使用功能要求，具有重要的意义。摩擦阻尼器作为较早被研究和应用的减振技术之一，具有构造简单、安装方便、耗能能力好等许多优点，因此成为工程中常用的一种耗能减振装置。已经有了普通摩擦阻尼器、Pall摩擦阻尼器、Sumitomo摩擦阻尼器、滑移型长孔螺栓节点阻尼器、压电智能摩擦阻尼器等多种形式，但这些摩擦阻尼器通常并不具备自复位的功能，当结构进入塑性变形后，阻尼器难以使结构回复到原有几何状态，较大的残余变形将限制结构灾后修复的能力。

近年来，智能材料和结构的发展成为结构减振控制的一个重要方向，人们利用电/磁流变液体、形状记忆合金材料、压电材料和电/磁致伸缩材料等智能驱动材料研制各类被动、主动和半主动的阻尼减振装置。磁致形状记忆合金(Magnetic Shape Memory Alloy，简写为MSMA) 不仅具有马氏体相变引起的形状记忆效应和超弹性，而且具有马氏体变体重定向引起的磁致形状记忆效应和超弹性。它兼具压电陶瓷和磁致伸缩材料响应频率快和温控形状记忆合金输出应变和应力大的特点，且兼具传感和驱动功能，在科学研究和工程应用中具有广阔的前景，是智能材料研究的热门之一。在机械、传感等领域已经有了较多的装置研发，如磁控形状记忆合金自传感执行器(CN 101620412 A)、差动式磁控形状记忆合金执行器(CN 1633021 A)、磁控形状记忆合金蠕动型直线电机(CN 1474504 A)、一种高频驱动装置(CN 202798522 U)等装置。近年来，在结构振动控制领域亦有了一些装置的研究，如磁控形状记忆合金伸缩作动器(CN 102359198 A)、基于磁控形状记忆合金的建筑物防震系统及其感应控制方法(CN 103382743 A)等。然而，由于目前磁控形状记忆合金材料加工性能和成本的限制，适用于土木工程结构的较大吨位的磁控形状记忆合金阻尼器几乎没有。

因此，结合摩擦阻尼器和磁致形状记忆合金的特点，研究一种具有大变形自复位能力的智能摩擦阻尼器具有一定的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种具有自复位功能的磁致形状记忆合金约束摩擦阻尼器，利用磁性形状记忆合金动态改变摩擦阻尼特性，并使其具备自复位特点的智能摩擦阻尼器，用于土木工程结构在动力灾害作用下的耗能减振。本发明利用磁致形状记忆合金改变阻尼器摩擦特性，利用楔形滑动面和磁致形状记忆合金结合实现自复位功能，相较于一般压电智能摩擦阻尼器由于磁致形状记忆合金较大的可恢复变形，使得阻尼器具有更大的摩擦阻尼调节能力和可恢复变形，同时，在不同的位移状态下，又具有变刚度的特性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

具有自复位功能的磁致形状记忆合金约束摩擦阻尼器，包括连接法兰，连接螺母，缸筒，中间导向螺母，控制单元，外滑块，封闭导向螺母，核心导杆，所述连接法兰设置在所述阻尼器的两端，一端的所述连接法兰与所述连接螺母连接，另一端的所述连接法兰与所述核心导杆连接，所述连接螺母安装在所述缸筒空腔一侧端部，所述核心导杆设在所述缸筒内部，所述核心导杆外侧包裹有所述外滑块，所述外滑块的外侧设有若干个所述控制单元，所述外滑块的两端分别设有所述中间导向螺母和所述封闭导向螺母。

进一步的，所述控制单元由弹簧、导磁垫板、线圈、永磁体和磁致形状记忆合金块组成，所述磁致形状记忆合金块通过所述垫板与所述弹簧连接，所述磁致形状记忆合金块外侧包裹线圈，所述线圈外侧为所述永磁体。

优选的，所述核心导杆由核心杆和核心内滑块组成，所述核心内滑块与所述外滑块的接触面是粗糙面，并根据需要设置摩擦材料，利用接触面之间的摩擦耗散振动能量。

进一步的，所述控制单元控制外滑块的径向运动；所述中间导向螺母和所述封闭导向螺母限制所述外滑块的轴向运动，并保证所述核心导杆的轴向运动。