螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器.pdf

一种螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器，主要由上法兰、马氏体形状记忆合金耗能环、转轴、转轴凸起、奥氏体形状记忆合金绞线、固紧螺栓、钢筒、滑槽和下法兰组成。其特征在于：四个椭圆型钢制凸起均匀焊在转轴上，1和3凸起平行，2和4凸起平行，1、3和2、4凸起相互垂直；每个凸起都套有马氏体形状记忆合金耗能环，沿每个耗能环长轴的两端各连接的三根奥氏体形状记忆合金绞线穿过钢筒，通过固紧螺栓将其拉伸至超弹性平台的中点；转轴上端与上法兰连接，下端插入下法兰滑槽，下法兰与钢筒的下端连接；通过上、下法兰将耗能器固定在需要进行扭转控制的部位。本发明的效果和益处是该耗能器耗能能力极强、可反复使用、自复位、构造简单。

1.  一种螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器，主要由上法兰螺栓孔(1)、上法兰(2)、马氏体形状记忆合金耗能环(3)、转轴(4)、转轴凸起(5)、奥氏体形状记忆合金绞线(6)、固紧螺栓(7)、钢筒(8)、滑槽(9)、下法兰螺栓孔(10)和下法兰(11)组成；其特征在于：四个椭圆型钢制凸起(5)均匀焊接在转轴(4)上，第1和第3凸起(5)相互平行，第2和第4凸起(5)相互平行，第1、3和第2、4凸起(5)相互垂直；每个凸起(5)都套有马氏体形状记忆合金耗能环(3)，沿每个马氏体形状记忆合金耗能环(3)长轴的两端各连接三根奥氏体形状记忆合金绞线(6)，奥氏体形状记忆合金绞线(6)穿过钢筒(8)，通过固紧螺栓(7)将奥氏体形状记忆合金绞线(6)预拉伸应变至其超弹性平台的中点；转轴(4)的上端与上法兰(2)连接，下端插入下法兰(11)的滑槽(9)，下法兰(11)与钢筒(8)的下端连接；通过上法兰(2)和下法兰(11)将耗能器固定在结构需要进行扭转控制的部位。

螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器
技术领域
本发明属于土木工程及机械工程技术领域，涉及到一种螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器。
背景技术
在不确定的强风及地震作用下，仅依靠结构本身的性能来储存和消耗外部能量，常常不能满足安全性的要求，结构振动控制技术为工程结构的防灾减灾提供了一条合理有效的途径。与主动、半主动控制方式相比，被动耗能减振技术相对较成熟，然而作为一种长期使用的控制装置，耐久性和耐腐蚀性是目前耗能器中普遍存在的问题，如粘弹性阻尼器易于老化，粘滞阻尼器较难维护，摩擦阻尼器在长期使用时可靠性较差，软钢阻尼器有塑性残余变形等。
此外，大量的震害分析表明，许多工程结构的破坏是由扭转振动产生的，从国内外实际震害经验可以得出，地震时引起结构产生扭转振动的原因：一是由于地面质点间运动的差别，可使地面的每一部分不仅产生平动分量，而且也产生转动分量。这种转动分量迫使结构产生扭转振动；二是结构的质量中心和刚度中心不重合，地震时作用在质量中心的惯性力将对刚度中心产生扭转力矩，迫使结构产生平移扭转耦联的空间振动。在机械工程领域，不利的扭转振动更是非常常见。
形状记忆合金是一种新型功能材料，具有形状记忆效应、超弹性和耐疲劳特性，利用形状记忆合金的超弹性特性制作的被动耗能器可以克服上述问题。但现有的形状记忆合金消能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，且目前研制开发的耗能器，通常仅具有轴向耗能减振能力，本身不易实现工程中的扭转振动控制。
因此，开发一种具有抗扭转振动能力、高阻尼特性、且具有自复位能力的耗能器对土木工程结构抵御地震灾害及机械工程减小不利的扭转振动都具有重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器，其目的是解决现有被动耗能器有残余变形、耐久性差、仅具有轴向减振能力以及耗能能力有限等问题。
本发明的技术方案如下：
螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器，主要由上法兰螺栓孔、上法兰、马氏体形状记忆合金耗能环、转轴、转轴凸起、奥氏体形状记忆合金绞线、固紧螺栓、钢筒、滑槽、下法兰螺栓孔和下法兰组成。主要技术方案为：四个椭圆型钢制凸起均匀焊接在钢制转轴上，第1和第3钢制凸起相互平行，第2和第4钢制凸起相互平行，第1、3和第2、4钢制凸起相互垂直；每个钢制凸起都套有马氏体形状记忆合金耗能环，沿每个马氏体形状记忆合金耗能环长轴的两端各连接三根奥氏体形状记忆合金绞线，奥氏体形状记忆合金绞线穿过钢筒，通过固紧螺栓将奥氏体形状记忆合金绞线预拉伸应变至其超弹性平台的中点；钢制转轴的上端与上法兰连接，下端插入下法兰的钢制滑槽，下法兰与钢筒的下端连接；通过上法兰和下法兰将耗能器固定在结构需要进行扭转控制的部位。
当上、下法兰发生相对扭转运动时，钢制凸起将会挤压马氏体形状记忆合金耗能环引起其形变耗能，两者相互运动时也能够相互摩擦耗能，且在整个运动过程中奥氏体形状记忆合金绞线始终处于拉伸状态，提供了大变形恢复能力，这三部分将共同提供强大的抗扭转耗能能力，以抑制结构在平面内的扭转振动；当振动结束时，奥氏体形状记忆合金绞线将会使耗能器自动恢复到初始位置。
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和以及摩擦来共同耗能，大幅提高了耗能器的耗能能力；且该耗能器可恢复变形大、具有较好的抗腐蚀、抗疲劳性，维护费用低、构造简单、安装方便，将会广泛的应用到土木工程及机械工程技术领域。
附图说明
图1是螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器的俯视图。
图2是螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器的侧立面图。
图3是图1中螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器的A-A剖面图。
图4是图2中螺旋桨式形状记忆合金抗扭转耗能器的B-B剖面图。
图中：1.上法兰螺栓孔；2.上法兰；3.马氏体形状记忆合金耗能环；4.转轴；5.转轴凸起；6.奥氏体形状记忆合金绞线；7.固紧螺栓；8.钢筒；9.滑槽；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，计算出所要控制的扭转力大小，根据所要达到的性能要求，确定耗能器的尺寸及参数。
步骤2.在钢制转轴4的上面均匀焊接四个椭圆型钢制凸起5，第1和第3钢制凸起相互平行，第2和第4钢制凸起相互平行，第1、3和第2、4钢制凸起相互垂直。
步骤3.制作四个马氏体形状记忆合金耗能环3，每个马氏体形状记忆合金耗能环3的周长与制凸起5的周长相等，在每个马氏体形状记忆合金耗能环3长轴的两端各连接三根奥氏体形状记忆合金绞线6，然后将奥氏体形状记忆合金绞线6穿过钢筒8，并通过固紧螺栓7将奥氏体形状记忆合金绞线6张拉到所需的初始应变。
步骤4.在下法兰11的中心处焊接一个钢制滑槽9，钢制滑槽9的内径与转轴4的外径相同；将四个马氏体形状记忆合金耗能环3分别套在转轴4的四个钢制凸起5上，然后将转轴4的上端焊接到上法兰，下端插入钢制滑槽9中，并将下法兰11焊接到钢筒8。
步骤5.通过上法兰螺栓孔1和下法兰螺栓孔10，采用高强螺栓将耗能器安装在需要进行扭转振动控制的部位。