本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制裝置技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種單出桿阻尼器。

背景技術(shù)：

在工程實(shí)際中，如土木工程、航天工程、車輛工程等多方面中，抗沖減振控制裝置都起著重要的作用。尤其在工程結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，自然環(huán)境中存在多種動(dòng)荷載，如地震、爆炸、浮冰或輪船撞擊、碰撞、強(qiáng)風(fēng)以及冰荷載等。依據(jù)荷載變化的快慢不同，這些動(dòng)荷載可分為周期性荷載、隨機(jī)荷載以及沖擊荷載。工程結(jié)構(gòu)在實(shí)際環(huán)境中，這些動(dòng)荷載及其組合往往對其造成大幅振動(dòng)甚至破壞。因此，復(fù)雜荷載環(huán)境下的工程結(jié)構(gòu)抗沖減振控制問題尤為重要。

STF也是一種新型的智能材料，是一種處于固、液混合狀態(tài)的納米粒子溶液，由極其微小的微粒分散懸浮在有機(jī)溶劑中組成。STF在正常狀態(tài)下是略微粘稠的液體，在受到較大剪切應(yīng)變或沖擊荷載作用后，其表觀粘度會(huì)急劇增大，甚至能夠轉(zhuǎn)變?yōu)轭惞虘B(tài)的物質(zhì)。此時(shí)，STF的剪切模量遠(yuǎn)大于其初始的剪切模量。重要的是，當(dāng)作用于STF上的快速?zèng)_擊荷載消失后，STF能瞬間恢復(fù)到易于流動(dòng)的液態(tài)，即這種變化是可逆的。STF為場響應(yīng)材料，其流變特性隨外加應(yīng)力場的變化而變化。但是，STF阻尼器在低速大幅振動(dòng)下，其阻尼力和剛度由于STF沒有發(fā)生剪切增稠行為，因此其控制效果不理想。

SMA具有良好的形狀記憶效應(yīng)和大應(yīng)變超彈性等特性。超彈性是SMA的重要力學(xué)性能之一，它是指合金在應(yīng)力作用下發(fā)生馬氏體相變，去除應(yīng)力后發(fā)生馬氏體逆相變，應(yīng)變恢復(fù)的性能。SMA可恢復(fù)應(yīng)變達(dá)6％～8％，遠(yuǎn)優(yōu)于普通材料的彈性應(yīng)變(0.5％)。近年來，隨著SMA材料研究的發(fā)展、制作技術(shù)的提高、價(jià)格的降低，SMA減、隔震裝置在工程領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越多。

雙出桿式阻尼器由于其結(jié)構(gòu)簡單、加工方便，得到了良好的推廣應(yīng)用；相反，單出桿式阻尼器由于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、加工較困難，使得目前研究較少。實(shí)際上，單出桿式阻尼器結(jié)構(gòu)最為緊湊，能在有限的空間內(nèi)提供較大的行程，這是雙出桿阻尼器所無法比擬的。但是現(xiàn)有傳統(tǒng)單出桿阻尼器仍具有附加腔室密閉性差、制作工藝復(fù)雜、壓強(qiáng)限制等弊端。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述存在的現(xiàn)有單一STF阻尼器在低剪切速率下耗能不夠理想的問題，為使其在沖擊荷載作用下獲得適合的補(bǔ)償力，更好的發(fā)揮其阻尼效果，本發(fā)明提供一種單出桿阻尼器。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一種單出桿阻尼器，包括：

缸體，分為工作腔室和補(bǔ)償腔室，兩腔室間通過與缸體密封的浮動(dòng)活塞間隔，工作腔室內(nèi)填充STF液體；

活塞桿，一端置于缸體內(nèi)工作腔室，其端部連接工作活塞，另一端置于缸體外，連接上連接件；

補(bǔ)償腔室,內(nèi)設(shè)置彈性件，彈性件一端連接浮動(dòng)活塞，另一端連接置于缸體端部的橡膠活塞Ⅰ上，補(bǔ)償阻尼器初始剛度，

當(dāng)剪切速率較大，工作腔內(nèi)瞬時(shí)振動(dòng)速度較大時(shí)，STF發(fā)生剪切增稠產(chǎn)生阻尼力，從而實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)抗沖減振；當(dāng)剪切速率較小，工作腔室瞬時(shí)振動(dòng)速度較小時(shí)，補(bǔ)償腔室內(nèi)的彈性件彈性補(bǔ)償阻尼器初始剛度，從而實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)減振耗能。

進(jìn)一步地，所述補(bǔ)償腔室的高度H1為缸體高度H的1/4～1/3。

進(jìn)一步地，所述彈性件最大補(bǔ)償壓縮量為活塞桿完全壓入時(shí)所需要的體積補(bǔ)償量，即：

πd²y_max＝πD²Y_max

其中：d為工作活塞直徑，y_max為活塞桿最大壓縮量，D為缸體內(nèi)徑，Y_max為彈性件最大補(bǔ)償壓縮量。

進(jìn)一步地，所述彈性件為SMA彈簧。

進(jìn)一步地，所述工作活塞與缸體間隙在1～3mm之間。

進(jìn)一步地，所述活塞桿和缸體間連接有橡膠活塞II。

進(jìn)一步地，所述活塞桿與橡膠活塞II之間設(shè)有至少一條的密封圈II。

進(jìn)一步地，所述浮動(dòng)活塞與缸體之間設(shè)有至少一條密封圈Ⅰ。

進(jìn)一步地，所述工作活塞厚度H2為工作腔室總高度H0的1/4～1/3。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明將SMA彈簧應(yīng)用于傳統(tǒng)STF單出桿阻尼器補(bǔ)償腔室，通過活塞桿上下移動(dòng)，帶動(dòng)工作活塞擠壓STF產(chǎn)生阻尼力，同時(shí)帶動(dòng)浮動(dòng)活塞聯(lián)動(dòng)SMA彈簧伸縮，發(fā)揮其超彈性性能，提供適宜的補(bǔ)償剛度，達(dá)到阻尼器抗沖減振效果。由于采用STF為響應(yīng)材料，SMA為補(bǔ)償材料，使得該阻尼器可獲得較大的阻尼力和剛度，使本發(fā)明具有優(yōu)良的力學(xué)特性。

2.本發(fā)明補(bǔ)償腔室浮動(dòng)活塞不必與缸體吻合，生產(chǎn)工藝簡單，從而降低生產(chǎn)成本。同時(shí)改善單出桿阻尼器補(bǔ)償附加腔室密閉性差、制作工藝復(fù)雜、壓強(qiáng)限制等問題。

3.本發(fā)明適應(yīng)荷載范圍廣：當(dāng)剪切速率較大，STF發(fā)生剪切增稠行為產(chǎn)生阻尼力，從而實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)抗沖減振；當(dāng)剪切速率較小，SMA彈簧發(fā)揮其超彈性性能補(bǔ)償阻尼器初始剛度，從而實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)減振耗能。

4.本發(fā)明加工工藝簡單：由于阻尼器構(gòu)造簡單，保證單出桿阻尼器較大的有效行程，同時(shí)，對補(bǔ)償腔室密閉性要求不高，加工工藝簡單，減少成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的A-A剖視圖。

圖中：1.下連接件，2.下蓋板，3.橡膠活塞Ⅰ，4.活塞桿，5.工作腔室，6.缸體，7.工作活塞，8.浮動(dòng)活塞，9.密封圈Ⅰ，10.補(bǔ)償腔室，11.彈性件，12.橡膠活塞II，13.上蓋板，14.上連接件，15.密封圈II。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例：如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括一種單出桿阻尼器，包括：

缸體6，分為工作腔室5和補(bǔ)償腔室10，兩腔室間通過與缸體6密封的浮動(dòng)活塞8間隔，工作腔室5內(nèi)填充STF液體；

活塞桿4，一端置于缸體6內(nèi)工作腔室5，其端部連接工作活塞7，另一端置于缸體6外，連接上連接件1；

補(bǔ)償腔室10內(nèi)設(shè)置彈性件11，彈性件11一端連接浮動(dòng)活塞8，另一端連接置于缸體6端部的橡膠活塞Ⅰ3上；所述彈性件11采用SMA彈簧；

所述補(bǔ)償腔室10的高度H1根據(jù)實(shí)際工程需要設(shè)定，為缸體高度H的1/4～1/3。所述彈性件最大補(bǔ)償壓縮量為活塞桿4完全壓入時(shí)所需要的體積補(bǔ)償量，即：

πd²y_max＝πD²Y_max

其中：d為工作活塞7的直徑，y_max為活塞桿4的最大壓縮量，D為缸體6的內(nèi)徑，Y_max為彈性件11的最大補(bǔ)償壓縮量。

浮動(dòng)活塞對彈性件11存在預(yù)壓力由工作腔室5內(nèi)STF液體內(nèi)壓力及浮動(dòng)活塞8重量產(chǎn)生，使得彈性件11更好的發(fā)揮其補(bǔ)償特性。預(yù)壓力大小依據(jù)STF阻尼性能、彈性體SMA回彈性能設(shè)定。

所述工作活塞厚度H2根據(jù)實(shí)際工程需要設(shè)計(jì)，為工作腔室5總高度H0的1/4～1/3，保證STF剪切行程，剪切效果更好。所述工作活塞7與缸體6間隙在1～3mm之間，在活塞移動(dòng)過程中對STF產(chǎn)生較大剪切應(yīng)力同時(shí)保證工作腔室內(nèi)STF的流動(dòng)性。所述活塞桿4和缸體6間連接有橡膠活塞Ⅰ3。所述活塞桿4與橡膠活塞II12之間設(shè)有至少一條的密封圈II15，避免缸體6內(nèi)STF泄露。所述浮動(dòng)活塞8與缸體6之間設(shè)有至少一條密封圈Ⅰ9，避免STF泄露到補(bǔ)償腔室10中。

當(dāng)剪切速率較大，活塞桿4上下移動(dòng)，帶動(dòng)工作活塞7，擠壓工作腔室5內(nèi)的剪切增稠液體STF，工作腔室5內(nèi)瞬時(shí)振動(dòng)速度較大時(shí)，工作腔室5內(nèi)STF發(fā)生剪切增稠產(chǎn)生阻尼力，從而實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)抗沖減振；當(dāng)剪切速率較小，工作腔室5瞬時(shí)震動(dòng)速度較小時(shí)，工作腔室5內(nèi)的STF剪切增稠效果不夠理想，缸體6內(nèi)的浮動(dòng)活塞8聯(lián)動(dòng)SMA彈簧伸縮，發(fā)揮其超彈性性能，通過補(bǔ)償腔室10內(nèi)的11彈性補(bǔ)償阻尼器初始剛度，從而實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)減振耗能。