[发明专利]多功能滞后流变装置

说明书

本发明涉及到一种多功能滞后流变装置。本发明涉及一种能够提供由非线性滞后回线表征的回复力的机械装置，其形状可以根据应用所要求的规格进行调节。例如，通过由钢和形状记忆材料线组成的线绳产生施加在光滑条上的刚性滑块上的力。根据本发明，所述装置可用于多种不同应用，包括：(1)振动阻尼器、(2)滞后隔离器、(3)能量吸收器、(4)减震器和(5)要求具有滞后型力‑位移特性的特定流变主体的应用。

技术领域

本发明涉及到一种多功能滞后流变装置。

更准确地，本发明涉及一种能够提供由非线性滞后回线表征的回复力的机械系统，其外形可以根据应用所具体要求进行调节。这些力由例如钢和形状记忆材料线所组成的线绳承载。该系统由闭合的框架表示，在该闭合框架内容纳有多组线绳，线绳在一侧连接到两个平行的立柱上，在另一侧连接到一对刚性金属元件上，该对刚性金属元件承受相等的位移，以使两个光滑条穿过它们，并在其上它们可以大体上无摩擦滑动。这些光滑条在中心线中固定到相对于其他的更中心的金属元件上，从而其可以无摩擦地在两个附加的光滑条上滑动，附加的光滑条垂直于前者且其作为导轴。后者的端部固定在闭合框架的两个平行侧。穿过它们的三个元件和两个平滑条的组合构成了副框架，其在与绳正交的方向上相对于闭合框架的平移产生非线性滞后回复力。当副框架作为振动块，能够在下侧导件上滑动时，该装置作为振动阻尼器。当上述系统被引入到金属棒时，由于机构所产生的耗散，棒变成耗散阻尼支架。当装置被配置成使得滑动中心元件支撑结构，而闭合框架固定到受到不期望的运动(例如地震运动或由机械引起的运动)的底座时，该主体用作主结构的振动滞后隔离器。当闭合框架固定在可动构件上，并且副框架撞击障碍物时，该装置通过吸收冲击而发挥其作用。

背景技术

关于滞后流变学装置的现有技术是非常清楚的，因此说明书限于公开与本发明的解决方案有很强关联的内容。首先将描述与振动阻尼器相关的现有技术，其次是隔离器和阻尼支架，最后减震器。

基于钢丝绳之间的摩擦力消耗能量的第一个调谐质量阻尼器(tuned massdamper)是1928年获得专利的Stockbridge阻尼器[1]。该装置包含绑在中间的短线绳，以及在其端部固定有两个自由振动块。其用于减少在高压电缆上由风引起的动力学振动。

在1996年，一种滞后隔离器[2]被提出，其由两根平行的金属条组成，与钢丝绳构成的线圈相连。后者针对两金属条之间的相对平移提供滞后类型的回复力。这个想法是固定一个条并连接另一个到要被隔离的结构。通过该专利，已经创建了以线圈形状的钢丝绳代表的所谓“线绳弹簧(wire ropes springs)”，其随时间推移已经在商业上推广。

最近，Vestroni、Lacarbonara和Carpineto[3]在弯曲成带有双曲率圆环的短钢线绳组成的调谐质量阻尼器上提出了专利申请。由于摩擦阻尼，绳给予振动块滞后类型的回复力。将阻尼器放置在主结构上，其从振动块接收减弱结构本身振动的控制力。图 3的(a)展示类似于该设备所获得的本构行为(constitutive behavior)。然而，这个方案具有以下缺陷，线在硬化条件下工作时，获得特征为在加载阶段，刚度随振动的振幅增加而增加的力-位移图。

相同的缺陷在根据WO9627055A1所述系统中出现。

文献[4]和[5]综合描述了由摩擦耗散的机构的相互作用和形状记忆材料的相变，并确保以等效阻尼形式的积极效应。在现有技术中，非线性减震器遭受调谐的损失，并由于作为振动幅度的函数的阻尼和共振频率的显着变化的效应，而造成主结构振动衰减性能的损失。进一步地，参考文献[3]的装置不能作为例如滞后隔离器来使用，因为其不能将要被隔离的结构固定到振动块上，这既由于这些块不能提供支撑，又由于在振动期间，它们经受相对于与绳垂直的其余配置旋转。

在文献中，还提出了很多滞后隔离器和耗散支架，它们通过形状记忆合金的相变来实现耗散。