超弹性形状记忆合金自恢复与耗能平衡设计理念

超弹性形状记忆合金具有优越的自恢复性能,在工程抗震应用中能够赋予结构完美的自复位性能,但由于其超弹性旗帜形本构关系,自身耗能能力十分有限,致使其难以满足结构地震下的抗震需求。探求在保留形状记忆合金自恢复性能的前提下,尝试将超弹性形状记忆合金与摩擦阻尼器组合应用,以使形状记忆合金系统的耗能能力最大化。首先,对超弹性形状记忆合金自恢复耗能平衡设计理念进行深入研究,引入系统平衡参数的概念,提出相应的配比设计公式;随后,通过开展形状记忆合金超弹性性能试验、简易摩擦阻尼器试验以及组合张拉试验,证明上述平衡设计理念的实用性以及平衡设计公式的可行性。平衡设计理念的提出以及其验证能够推进并指导形状记忆合金在工程抗震中的应用。

双向耗能钢板-形状记忆合金丝阻尼器性能有限元分析

提出了一种双向耗能钢板-形状记忆合金(SSMA)丝阻尼器,用于解决传统钢板阻尼器塑性变形不可恢复的问题。该阻尼器是一种结合了耗能钢板和超弹性SMA丝的复合阻尼器,结合了两种耗能机制,具有双向耗能能力和可恢复性,其性能优于传统单一类型的钢板阻尼器和SMA丝阻尼器。编写了Ni-Ti超弹性SMA丝的本构关系子程序并将该子程序与ABAQUS软件进行对接;利用ABAQUS有限元软件对未附加SMA丝的钢板阻尼器和SMA丝组分别进行模拟,SMA本构模型为双旗型本构模型;然后,对复合阻尼器SSMA进行模拟分析,深入研究SSMA的力学性能并给出其恢复力模型与设计建议。有限元分析结果表明,复合阻尼器SSMA具有饱满的滞回曲线、良好的耗能能力和良好的可恢复性。

一种形状记忆合金半主动TMD系统的试验研究

针对调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)系统应用于轻型结构时易失调从而导致减振效果下降的问题,提出了一种新型形状记忆合金半主动TMD系统。该系统利用钢索悬吊质量块并承担其全部重量,使用有效截面为矩形的大尺寸镍钛形状记忆合金棒材,提供TMD系统水平面2个方向不同的抗弯刚度。为了研究该系统的半主动性能,进行了足尺形状记忆合金半主动TMD系统的自由振动试验,通过改变形状记忆合金的工作温度,研究了温度变化对TMD系统频率及阻尼比的影响。研究结果表明,控制形状记忆合金工作温度从-40~+80℃,TMD系统的频率随温度升高呈现升高趋势,而阻尼比随温度升高呈现下降趋势。将该新型形状记忆合金半主动TMD系统应用于受控结构中,一旦TMD失调,可以通过改变形状记忆合金的温度使其重新调谐。因此,设计的新型形状记忆合金TMD系统在轻型结构减振研究中具有一定的工程应用价值和前景。

基于形状记忆合金(SMA)阻尼器的结构被动控制

介绍了建筑结构振动控制中被动控制的设计思想和形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)的超弹性特性及应用情况,将一种新型形状记忆合金(SMA)阻尼器应用到框架结构中。针对所提出的形状记忆合金(SMA)阻尼器,分析其超弹性本构模型,建立了热力学方程,利用ANSYS软件进行框架结构的被动控制模拟分析。将所得的普通框架结构与形状记忆合金(SMA)阻尼器框架结构的顶层位移进行比较,发现形状记忆合金(SMA)阻尼器可以很好地改变框架结构的抗震性能,大大减小了结构的地震反应,为框架结构振动控制设计提供了一种新的方法。

一种新型形状记忆合金(SMA)-粘滞阻尼器

利用形状记忆合金的优良力学性能,设计出了一种性能良好的SMA-粘滞阻尼器,利用分段线性化模型推导出阻尼器的力学性能,并进行了仿真计算.计算结果表明:该阻尼器有良好的耗能能力,在大跨度桥梁低频振动控制方面有较好的应用前景.

新型形状记忆合金阻尼器的试验研究

本文在对形状记忆合金 (SMA)的力学性能研究的基础上 ,设计和制造出一种性能良好的SMA阻尼器 ,介绍了其工作原理及有关试验结果 ,将该阻尼器安装在斜拉桥模型上 ,进行了斜拉桥模型振动试验。试验结果表明该阻尼器的耗能效果明显 。

安装新型形状记忆合金阻尼器的古塔结构地震反应有限元分析

将设计的拉压型形状记忆合金(SMA)阻尼器,安装在古塔上,可同时减少古塔在水平地震和竖直地震作用下的响应。采用大型通用软件ANSYS对古塔安装和不安装SMA阻尼器结构分别进行有限元仿真,对结构的动力特性、水平地震反应和竖向地震反应进行分析和对比,探讨SMA阻尼器的控制效果,分析结果与振动台试验数据进行比较,验证分析结果的可靠性。

安装形状记忆合金阻尼器的剪力墙结构抗震性能分析

为减轻钢筋混凝土剪力墙连梁的地震后永久性损伤,同时保持连梁的耗能机制,本文提出在剪力墙连梁中安装新型形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)阻尼器,并研究该阻尼器对剪力墙结构地震响应的减震效果。通过一幢12层剪力墙结构地震反应的时程分析,研究了SMA阻尼器的附加刚度比和屈服位移比两项特征参数对结构地震反应控制效果的影响规律。计算分析结果表明,当附加刚度比为0.04～0.05,屈服位移比为0.4～0.5时,可以获得较好的减震效果。

形状记忆合金阻尼器消能减震体系的控制研究

利用奥氏体SMA丝的超弹性和阻尼特性,设计了一种新型的SMA阻尼器,试验研究了该阻尼器在循环荷载作用下的力学性能,建立了基于塑性理论的一维理论模型,并对其力学性能进行了数值模拟。采用能量平衡方法对SMA阻尼器消能减震体系的参数进行了优化,给出了消能部件参数建议取值范围。最后以一幢十层剪切型钢框架结构为算例,分析了SMA阻尼器的减震效果。结果表明:该阻尼器具有良好的滞回耗能能力,能很好地控制结构的位移反应,适用于工程结构的抗震设计和加固。

形状记忆合金-摩擦串联复合阻尼器对偏心结构振动控制的研究

采用自行研制的SMA-摩擦串联复合阻尼器控制偏心结构的平扭耦联振动。SMA-摩擦串联复合阻尼器能根据结构的地震响应自动调节耗能单元工作状态,且构造简单、经济实用。建立了SMA-摩擦串联复合阻尼器控制下偏心结构在双向水平地震作用下的运动方程,并编写程序计算结构的时程响应。以一六层剪切型偏心钢框架为例,计算结果表明:合理布置的阻尼器能有效抑制结构质心位移和质心层间位移,且对扭转振动的控制效果更佳;阻尼器对结构质心平移加速度的影响不大,但显著改变了扭转加速度。

新型形状记忆合金阻尼器在古塔抗震加固中的应用与优化分析

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性滞回耗能特性,根据古塔的受力和主要灾变特点设计提出一种适合古塔的新型SMA阻尼器。通过试验得出该阻尼器的双线性恢复力模型,利用MATLAB提供的Simulink模块建立仿真模型,数值分析某古塔模型原型结构和加SMA阻尼器结构的地震反应。仿真结果表明:新型SMA阻尼器能有效降低古塔的地震反应。并对新型SMA阻尼器在古塔中布置的数量和位置进行了优化分析,为SMA阻尼器被动控制系统在古塔等类似古建筑结构中的实际应用和设计提供借鉴。

新型多维形状记忆合金阻尼器的试验研究

利用形状记忆合金设计了一种新型多维SMA阻尼器,该阻尼器能够将扭转运动转化为阻尼丝拉伸,从而提供拉压及扭转方向阻尼,该文详细介绍了该装置的构造及工作原理。试验研究了加载幅值、加载频率和初始应变对该阻尼器力学性能的影响,并采用改进的Graesser-Cozzarelli模型建立了阻尼器的理论模型,分别对其拉伸和扭转力学性能进行了数值模拟。结果表明,不同工况下的数值模拟结果与试验结果均吻合较好,验证了理论模型的有效性。

基于形状记忆合金的X形板阻尼器的力学模型

根据超弹性形状记忆合金(SMA)的分段线性化本构关系,建立了X形SMA板式阻尼器的力学模型;通过MATLAB程序进行数值模拟,绘制了X形SMA板的阻尼力滞回曲线,并研究了位移幅值、温度、形状尺寸对阻尼器基本特征参数(等效割线刚度、单位循环消耗的能量、等效阻尼比)的影响。结果表明:X形SMA板式阻尼器具有“旗帜”形的滞回曲线,耗能较小,但复位能力好;随位移幅值增加,耗能力和等效阻尼比增加,等效割线刚度降低,温度的影响与此相反;阻尼器的特征参数随板高增加均呈降低趋势;增加板宽,单位循环耗能与等效割线刚度增加,而等效阻尼比不变。研究结果为X形SMA板式阻尼器的设计和工程应用提供了理论依据。

形状记忆合金复合黏滞阻尼器设计及分析

利用形状记忆合金的超弹性和滞回耗能特性,研制一种兼具自复位、高耗能及放大功能于一体的形状记忆合金复合黏滞阻尼器(Hybrid Shape Memory Alloy Viscous Dampers,简称HSMAVD),并通过试验研究形状记忆合金复合黏滞阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;同时,基于改进的Graesser&Cozzarelli模型和普通粘滞阻尼器力学模型,建立了形状记忆合金复合黏滞阻尼器的恢复力模型,并对其力学性能进行了仿真分析。研究结果表明:形状记忆合金与粘滞阻尼器复合后具有良好的协同工作能力,可有效发挥形状记忆合金的超弹性和粘滞阻尼器的速度相关特性,使其具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;仿真结果与试验结果吻合较好,验证了文中提出的恢复力模型的正确性,对形状记忆合金复合黏滞阻尼器的研发具有参考价值。

形状记忆合金金属橡胶阻尼器防高墩桥梁地震碰撞振动台试验研究

为研究形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)金属橡胶减振器防高墩桥梁地震碰撞效能,采用ElCentro、Taft和人造地震动,进行了高墩桥梁钢模型地震碰撞试验和防高墩桥梁钢模型试验(设置SMA金属橡胶阻尼器),详细对比分析了SMA金属橡胶阻尼器控制效能.结果证明,由于SMA金属橡胶具有良好的阻尼性能,且其随变形的增加刚度增大,故SMA金属橡胶阻尼减振器能有效地减轻高墩桥梁地震碰撞效应,起到限位器的作用.

基于新型形状记忆合金阻尼器的减振研究

基于现有形状记忆合金阻尼器的优点提出了一种新型形状记忆合金阻尼器,描述了它的工作原理并给出了具体构造,适当确定框架结构安装此种阻尼器的数量,用时程分析的方法比较了安装和未安装此种阻尼器的减振效果,说明了形状记忆合金在结构振动控制方面的有效性与适用性.

基于形状记忆合金X形板阻尼器的结构振动控制

超弹性形状记忆合金X形板阻尼器具有良好的耗能及复位功能.建立了形状记忆合金X形板的分段线性化恢复力模型,并在此基础上提出了该阻尼器控制下的框架结构振动响应分析方法.数值计算了一装有该阻尼器的单层剪切型钢框架的地震响应,表明该阻尼器可以有效抑制结构的震动,并分析了阻尼器特征参数对结构减震的影响.

多维形状记忆合金阻尼器的设计及性能研究

一种新型超弹性形状记忆合金(SMA)阻尼器被提出.该阻尼器能够承受平面内、平面外以及扭转方向的荷载作用,用于结构减震或隔震中,可实现多维被动控制.描述了阻尼器的结构及工作原理,通过力学分析建立了理论模型;利用Matlab程序计算了阻尼器各个方向的滞回曲线,并分析了位移方向、位移幅值以及SMA丝长度(或外、内筒直径比)对其滞回特性的影响.

形状记忆合金耗能阻尼器设计的理论方法

形状记忆合金是近期发展起来的新型功能材料 ,在土木工程中的应用尚处于起步阶段。以Brinson本构模型为理论依据 ,建立了阻尼器的热力学非线性方程及其求解方法 ,并利用MATLAB编制的计算机软件进行了实例仿真。计算结果表明 ,形状记忆合金阻尼器具有较强的耗能能力。由于形状记忆合金在不发生塑性变形的情况下可以获得较大的滞回变形 。

锥形形状记忆合金阻尼器性能分析与试验研究

本文对一种新型形状记忆合金阻尼器———锥形形状记忆合金阻尼器的性能进行了数值分析和试验研究。基于形状记忆合金的超弹性双线型本构模型,利用非线性有限元方法分析了锥形形状记忆合金阻尼器的滞回性能,并且用大型通用程序ANSYS进行了验证,得出锥形形状记忆合金阻尼器的滞回模型可简化为分段线性滞回模型。试验包括形状记忆合金丝的本构试验、疲劳试验和阻尼器的性能试验。试验结果与数值分析结果基本吻合,形状记忆合金表现出良好的超弹性。