Ti-Ni形状记忆合金复合悬摆减震系统性能试验研究

系统研究了Ti-Ni形状记忆合金丝应力-应变曲线、特征点应力、耗能能力、等效阻尼比等随材料直径、应变幅值、加载循环次数的变化规律,结果表明:丝材直径的增加会导致SMA丝力学性能趋于劣化;当应变幅值为6%、加载循环次数达15次时,可获得滞回性能良好、工作稳定的SMA丝材。将训练后所得SMA丝材,利用其超弹性特性,结合调谐质量阻尼器基本工作原理,设计制作了一类可便于拆卸的SMA复合悬摆减震系统。针对该类减震系统,完成了相应的性能试验,分析了该系统自振频率、质量振子与受控结构间的相位关系、等效阻尼力随振子质量、摆杆长度的变化规律,结果表明:该减震系统在正弦波和真实地震激励下质量振子与受控体结构之间相位关系始终较好的保持在150°~180°之间;同时,等效阻尼力随外荷载幅值的增大,控制效果更加明显。综上,该系统能够简便应用于结构振动控制之中,并提供稳定、高效的阻尼力,从而保护结构免于强动力灾害。

新型SMA复合悬摆减震系统对小雁塔减震控制分析

为了对现存的古塔建筑进行有效地抗震保护,根据悬摆减震原理,结合形状记忆合金,设计并制作了一种新型形状记忆合金复合悬摆减震系统(shape memory alloy-suspension pendulum damping system,SMA-SPDS),并对该减震系统进行了动力测试。采用有限元软件ANSYS建立小雁塔模型结构减震控制模型,并将模拟分析值同试验结果作对比,验证减震控制模型的可靠性,同时,将该控制方法进一步应用于小雁塔原型结构。结果表明:本文研发的SMA-SPDS频率和阻尼均可调可控,系统性能稳定,减震效果明显;小雁塔模型结构减震控制模拟计算值与试验值基本吻合;随着控制模态阶次的提高,需要SMA-SPDS的数量增加,对小雁塔结构的控制效果也明显提高。

基于复合悬摆减震系统的小雁塔结构仿真分析

根据悬摆减震原理,结合形状记忆合金(shape memory alloys,简称SMA)的超弹性,研发了形状记忆合金复合悬摆减震系统(shape memory alloy-suspension pendulum damping system,简称SMA-SPDS)。建立了SMA-SPDS的Matlab/Simulink仿真模型,对一个1/10的小雁塔结构缩尺模型进行了仿真分析,将仿真分析值与振动台试验结果值验证分析后,进行了小雁塔原型结构工程的优化设置,进一步用该方法对小雁塔原型结构进行了减震分析。结果表明:SMA-SPDS可以提高原型结构的整体性,增强了小雁塔原型结构的抗震性能;SMA-SPDS系统性能稳定,且随地震强度的增加,减震效果越明显,尤其是对层间位移角的控制效果显著,大震作用下层间位移角可减小50%以上;小雁塔仿真计算模型可以较好地反映其原型结构的真实情况,验证了该仿真分析方法的可行性,可为类似砖石古塔结构的地震保护提供参考。