專利名稱：內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器的制作方法
技術領域：
本發明屬于土木工程及機械工程技術領域，涉及到一種內碰-摩擦-形變三 級耗能抗扭轉消能器。
背景技術：
每一次劇烈的地震都會給人類造成巨大的生命和財產損失。傳統的抗震設 計是通過增強建筑物本身的剛度來抵御地震作用，即依靠結構本身來儲存和消 耗地震能量，以滿足結構抗震設防標準，這種抗震方式缺乏自我調節能力，在 不確定的地震作用下，常常不能滿足安全性的要求，消能減震技術為結構抗震 提供了一條合理有效的途徑。被動消能阻尼器的減振技術相對比較成熟，然而 作為一種被動控制裝置，耐久性是目前消能器中普遍存在的問題。常見的粘彈 性阻尼器易老化，粘滯阻尼器的維護，摩擦阻尼器在長期使用時的可靠性，軟 鋼阻尼器的塑性殘余變形等。
大量的震害分析表明，許多工程結構(無論是對稱結構，還是非對稱結構) 的破壞是由扭轉振動產生的，而且往往震害較為嚴重，特別是復雜體型的高層 建筑一旦破壞，將造成巨大的經濟損失和人員傷亡。從國內外實際震害經驗可 以得出，地震時引起結構產生扭轉振動的原因 一是由于地面質點間運動的差 別，可使地面的每一部分不僅產生平動分量，而且也產生轉動分量。這種轉動 分量迫使結構產生扭轉振動；二是結構的質量中心和剛度中心不重合，地震時
作用在質量中心的慣性力將對剛度中心產生扭轉力矩，迫使結構產生平移扭轉 耦聯的空間振動。在機械工程領域，不利的扭轉振動更是非常常見。目前研制 開發的消能器，通常僅具有軸向耗能減振能力，本身不易實現工程中的扭轉振動控制。
形狀記憶合金是一種新型功能材料，具有形狀記憶效應、超彈性和耐疲勞 特性。利用形狀記憶合金的超彈性特性制作的被動消能器可以克服上述問題。 這類消能器與其他阻尼器相比，具有耐久性和耐腐蝕性能好，使用周期長，變 形大且可恢復等優點。但現有的形狀記憶合金消能器主要利用奧氏體形狀記憶 合金的阻尼特性，耗能能力有限。
因此，開發一種有抗扭轉振動能力、高阻尼特性、且具有自復位能力的消 能器對土木工程結構抵御地震災害及機械工程減小不利的扭轉振動具有重要的 現實意義。
發明內容
本發明提供了一種內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器，其目的是解決 現有被動阻尼器有殘余變形、耐久性差、僅具有軸向減振能力以及耗能能力有 限等問題。
本發明的技術方案如下
內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器，主要由外鋼筒、內鋼筒、形狀記 憶合金間隔板、間隔鋼板和鋼法蘭組成。主要技術方案為沿著與上法蘭連接 的內鋼筒的外周徑向均勻對稱布置18組梯形間隔鋼板，沿著與下法蘭連接的外 鋼筒的內周徑向均勻對稱布置18組倒梯形形狀記憶合金間隔板；間隔鋼板與形 狀記憶合金間隔板相互錯落布置；上、下法蘭上均設有鋼制滑槽，可供外、內 鋼筒插入滑動；通過法蘭上的螺栓孔將消能器固定于需要進行扭轉控制的部位。
當上、下法蘭發生相對扭轉運動時，間隔鋼板與形狀記憶合金間隔板將會 發生內碰-摩擦-形變三級耗能，共同抑制結構或構件在平面內的扭轉振動。該消能器的耗能能力與振幅成正比，當振幅較小時，每個間隔鋼板各自的空間內 與形狀記憶合金間隔板發生非完全彈性碰撞，達到交換動量和耗散動能的目的；
當振幅較大時，間隔鋼板將進入旁邊的間隔空間，此過程會與形狀記憶合金板
發生摩擦耗能；且由于形狀記憶合金板在此過程中的變形較大，將會產生較強 的回復力，從而達到減小結構振動的目的。
本發明的效果和益處體現在克服了其他阻尼器有殘余變形、耐久性差以及 耗能能力有限等缺點，突出優點是充分利用鋼板與形狀記憶合金板的相互內碰-摩擦-形變這三方面來共同耗能，大幅提高了消能器的耗能能力；該阻尼器可恢 復變形大、具有較好的抗腐蝕、抗疲勞性，維護費用低、構造簡單、安裝方便。 內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器使得抗扭設計更為方便、實用，將會廣 泛的應用于土木工程及機械工程技術領域。
圖1是內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器的側立面圖。
圖2是內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器俯視圖。
圖3是圖1中內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器的A-A剖面圖。
圖4是圖2中內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器的B-B剖面圖。
圖中l.下法蘭；2.下法蘭螺栓孔；3.形狀記憶合金間隔板；4.外鋼筒；5. 間隔鋼板；6.下法蘭滑槽；7.內鋼筒；8.上法蘭；9.上法蘭螺栓孔；IO.上法蘭滑槽。
具體實施例方式
以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的實施步驟。
步驟l.對工程結構進行分析，計算出所要控制的扭轉力大小，根據所要達到的性能要求，確定消能器的尺寸及參數。
步驟2.在內鋼筒7的外周徑向均勻對稱布置18組間隔鋼板5，在外鋼筒4 的內周徑向均勻對稱布置18組形狀記憶合金間隔板3。
步驟3.在上法蘭8上制作一個鋼制滑槽10，滑槽半徑與外鋼筒4半徑相同； 在下法蘭1上制作一個鋼制滑槽6，滑槽半徑與內鋼筒7半徑相同。
步驟4.將外鋼筒4焊接到下法蘭1上，然后插入上法蘭的滑槽10;將內鋼 筒7焊接到上法蘭8上，然后插入下法蘭的滑槽6。
步驟5.通過上、下法蘭預留的螺栓孔9和2，采用高強螺栓將消能器安裝 在需要進行扭轉振動控制的部位。
權利要求
1.一種內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器，由下法蘭(1)、下法蘭螺栓孔(2)、形狀記憶合金間隔板(3)、外鋼筒(4)、間隔鋼板(5)、下法蘭滑槽(6)、內鋼筒(7)、上法蘭(8)、上法蘭螺栓孔(9)和上法蘭滑槽(10)組成；其特征在于沿著與上法蘭(8)連接的內鋼筒(7)的外周徑向均勻對稱布置18組梯形間隔鋼板(5)，沿著與下法蘭(1)連接的外鋼筒(4)的內周徑向均勻對稱布置18組倒梯形形狀記憶合金間隔板(3)；間隔鋼板與形狀記憶合金間隔板相互錯落布置；上法蘭設有鋼制滑槽(10)，下法蘭設有鋼制滑槽(6)，可供外、內鋼筒插入滑動；通過下法蘭的螺栓孔(2)和上法蘭螺栓孔(9)將消能器固定于需要進行扭轉控制的部位。
全文摘要
內碰-摩擦-形變三級耗能抗扭轉消能器，屬于土木工程及機械工程技術領域。主要由外鋼筒、內鋼筒、形狀記憶合金間隔板、間隔鋼板和鋼法蘭組成。其特征在于沿著內、外鋼筒的外、內周徑向均勻布置的倒梯形間隔鋼板和梯形形狀記憶合金間隔板相互錯落布置；上、下法蘭設有鋼制滑槽，可供外、內鋼筒插入滑動；通過法蘭上的螺孔將消能器固定于需要進行扭轉控制的部位；當上、下法蘭發生相對扭轉運動時，間隔鋼板與形狀記憶合金間隔板將會發生內碰撞-相互摩擦-形狀記憶合金板形變這三種方式耗能，以共同抑制結構或構件在平面內的扭轉振動。本發明的效果和益處是該消能器具有抗扭轉耗能能力強、維護費用低、可反復使用、自復位、構造簡單等優點。
文檔編號E04B1/98GK101581346SQ20091001132
公開日2009年11月18日 申請日期2009年4月25日 優先權日2009年4月25日
發明者伊廷華, 輝 孫, 李宏男, 郭道盛 申請人:大連理工大學