基于超彈性sma的可變頻隔振器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于超彈性SMA的可變頻隔振器，其采用具有超彈性的形狀記憶合金(SMA)作為阻尼材料，采用具有單程形狀記憶效應(yīng)的形狀記憶合金(SMA)作為驅(qū)動(dòng)器，可用作航天器內(nèi)部的隔振器件。
【背景技術(shù)】
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[0002]航天器在火箭運(yùn)載過程中往往經(jīng)歷振動(dòng)和沖擊的過程，在這些過程中航天器內(nèi)部容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞，局部失穩(wěn)，尤其在如今航天器搭載的電子設(shè)備越來越多，電子設(shè)備穩(wěn)定性要求越來越高的情況下，減少振動(dòng)沖擊對航天器內(nèi)部電子設(shè)備的損害變得十分重要。目前振動(dòng)抑制手段按照控制過程中是否需要外界供能可以將其主要?jiǎng)澐譃槿N:被動(dòng)控制、主動(dòng)控制和半主動(dòng)控制。
[0003]被動(dòng)振動(dòng)控制，即指通過改變被控結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布以降低其振動(dòng)響應(yīng)，或者在原被控結(jié)構(gòu)上增添附加的隔振設(shè)備來吸收或消耗結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量，這種方法無需從外部輸入能量，在許多場合下能取得良好的減振效果，是最早研究的一種振動(dòng)控制方法。此方法對于高頻振動(dòng)有一定的抑制作用，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)、經(jīng)濟(jì)環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，具有高的可靠性和魯棒性，但這種方法缺乏控制上的靈活性，對環(huán)境變化適應(yīng)性差。
[0004]為了克服被動(dòng)控制方法的缺點(diǎn)，研究人員提出了主動(dòng)控制的方法并進(jìn)行了探索。主動(dòng)控制具有控制效果好，適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但因其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，可靠性不高，體積較大，成本高昂且需要外界提供能量，在應(yīng)用中也有很多局限。
[0005]隨著振動(dòng)控制手段的發(fā)展，半主動(dòng)控制的概念被提出，半主動(dòng)控制方法兼具主動(dòng)控制和被動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，僅需外部提供較少的能量，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，成本較低，占用體積小，應(yīng)用范圍廣，因而受到人們越來越多的關(guān)注。
[0006]本實(shí)用新型為一種半主動(dòng)振動(dòng)控制手段，利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)設(shè)計(jì)出一種隔振器，對有害振動(dòng)和沖擊進(jìn)行抑制，下面簡要介紹形狀記憶合金的相關(guān)性能。
[0007]形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡寫SMA)作為一種新型智能材料，以它獨(dú)特的形狀記記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)，以及優(yōu)良的理化性能和生物相容性，在工程、控制、醫(yī)療、能源與機(jī)械等領(lǐng)域應(yīng)用日趨廣泛。形狀記憶合金的形狀記憶機(jī)制是基于一種可逆的固態(tài)相變，即低溫相馬氏體和高溫相奧氏體之間的轉(zhuǎn)變，這種相變稱作馬氏體相變。常用的鎳-鈦形狀記憶合金存在三種基本的晶體結(jié)構(gòu):馬氏體、奧氏體、應(yīng)力誘發(fā)馬氏體。當(dāng)合金為低溫馬氏體相時(shí)，合金較軟，表現(xiàn)為具有很好的延展性和可拉伸性，當(dāng)被加熱到一定溫度后，合金開始收縮并轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，表現(xiàn)為強(qiáng)度和剛度得到明顯提高。應(yīng)力誘發(fā)馬氏體是指對處于奧氏體狀態(tài)的合金施加外力，則合金發(fā)生奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變，所形成馬氏體為應(yīng)力誘發(fā)馬氏體。當(dāng)應(yīng)力去除后，則又轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。這種效應(yīng)稱為超彈性。
[0008]形狀記憶合金(SMA)除了通常的彈性變形、塑性變形、熱膨脹及收縮外，還具有三種形狀記憶特點(diǎn)，分別為:
[0009]1)單程形狀記憶效應(yīng):對處于馬氏體狀態(tài)的合金施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，卸除外力后，則塑性變形被保留下。對合金進(jìn)行加熱，則可回復(fù)到變形前的狀態(tài)。此后，再對合金進(jìn)行冷卻，則沒有形狀的改變。由于單程形狀記憶效應(yīng)能夠產(chǎn)生大的恢復(fù)力和恢復(fù)應(yīng)變，因此在驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用上較多。
[0010]2)雙程形狀記憶效應(yīng):除了單程形狀記憶效應(yīng)外，對加熱后的合金再進(jìn)行冷卻，合金仍可發(fā)生形狀的改變，而不需要施加外力，即通過加熱與冷卻可使形狀反復(fù)變化。但由于雙程形狀記憶效應(yīng)在恢復(fù)力與恢復(fù)應(yīng)變方面均比單程效應(yīng)小，用來作為受力驅(qū)動(dòng)元件的不多。
[0011]3)超彈性:在高于的奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度條件下，對形狀記憶合金施加外力，使其發(fā)生變形，如卸除外力，則合金完全回復(fù)到初始形狀，而不需要加熱或冷卻，這種特點(diǎn)被稱作超彈性。
[0012]現(xiàn)有常用的隔振器往往是被動(dòng)隔振器，只能降低沖擊或者高頻振動(dòng)的影響，在其固有頻率附近的振動(dòng)不僅不能抑制反而會(huì)放大。而且常用的如橡膠隔振器等疲勞壽命有限且經(jīng)常會(huì)因?yàn)榘l(fā)生永久變形而被破壞。
[0013]目前將SMA用作阻尼材料的研究多集中地震減振領(lǐng)域，因?yàn)镾MA具有超彈性，可以吸收更多的振動(dòng)能量并及時(shí)回復(fù)到原來的形狀，而不易產(chǎn)生永久變形。如凌育洪等人設(shè)計(jì)了一種新型SMA阻尼器并對其減振性能進(jìn)行研究，該設(shè)計(jì)僅僅是一種被動(dòng)隔振器的設(shè)計(jì)，不需要外界供能，也不能改變自身的固有頻率，(見期刊:華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2011年，6月，第39卷第6期)。
[0014]這些被動(dòng)式的隔振器只在特定范圍內(nèi)能起到特定的隔振效果，但是遇到其固有頻率附近的振動(dòng)時(shí)，不僅不能抑制振動(dòng)，反而能將振動(dòng)放大，會(huì)出現(xiàn)較壞的影響。本實(shí)用新型中利用形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)作為驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)結(jié)合具有超彈性的形狀記憶合金阻尼材料設(shè)計(jì)的半主動(dòng)隔振器目前國內(nèi)尚未見任何相關(guān)報(bào)道。
【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0015]本實(shí)用新型提供一種基于超彈性SMA的可變頻隔振器，其利用具有形狀記憶效應(yīng)的SMA絲作為驅(qū)動(dòng)元件，利用具有超彈性效應(yīng)的SMA絲制作阻尼材料，可以通過直流電源加熱驅(qū)動(dòng)元件發(fā)生相變，壓縮超彈性阻尼材料，從而改變隔振器的固有頻率。本實(shí)用新型可以根據(jù)需要改變該隔振器的固有頻率，可以實(shí)現(xiàn)未通直流電時(shí)，隔振器固有頻率較小，更好地降低沖擊振動(dòng)的影響，通以直流電加熱驅(qū)動(dòng)元件后，隔振器固有頻率變高，可避免隔振器放大低頻振動(dòng)，從而保證隔振器既能降低分離等階段的沖擊影響，也能避免正常工作時(shí)引擎等低頻振動(dòng)的放大，提高被隔振設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。
[0016]本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種基于超彈性SMA的可變頻隔振器，其包括SMA驅(qū)動(dòng)絲、超彈性SMA阻尼材料、復(fù)位彈簧、設(shè)有凹槽的底座、以及頂蓋，所述超彈性SMA阻尼材料放置在底座的凹槽中，將頂蓋覆蓋在超彈性SMA阻尼材料上，用所述SMA驅(qū)動(dòng)絲連接底座和頂蓋的邊緣處，并將SMA驅(qū)動(dòng)絲拉緊，所述SMA驅(qū)動(dòng)絲和底座以及頂蓋之間有絕緣墊相隔，所述復(fù)位彈簧套在底座外部，將所有SMA驅(qū)動(dòng)絲串連，串連后兩端分別與直流電源的兩端相連。
[0017]進(jìn)一步地，所述超彈性SMA阻尼材料選用直徑為0.2毫米，奧氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度為10攝氏度的N1-Ti合金絲。
[0018]進(jìn)一步地，所述SMA驅(qū)動(dòng)絲選用直徑為0.5毫米、合金為Ni含量為50.lat %的N1-Ti合金。
[0019]進(jìn)一步地，所