一种基于改进超弹性Zener模型的高阻尼橡胶隔震支座速度相关性本构模型

目前高阻尼橡胶隔震支座已在土木工程中得到广泛应用,但由于高阻尼橡胶隔震支座的材料组成成分比较复杂,特别是大量阻尼材料的采用导致支座的应力应变关系与其加载速度相关,而目前的支座本构模型很难精确地模拟这种力学特性。因此该文从高阻尼支座的橡胶材料特性出发,提出了一个基于改进超弹性Zener模型的高阻尼支座本构模型,该模型由两个超弹性弹簧和一个非线性阻尼器单元组成,能够精确表达高阻尼支座的速度相关性。在模型中,对超弹性弹簧建立新的应变能函数,并通过附加刚度系数α来模拟高阻尼橡胶材料的初始刚度。通过高阻尼橡胶材料的多步松弛试验和在不同速度下的循环剪切试验来识别模型中的参数。通过支座试验验证了提出的模型,运用基于速度控制的实时子结构试验系统分析了某隔震桥梁在地震作用下的动力反应,并基于试验结果对该文提出的本构模型在隔震结构非线性分析中的准确性进行了验证。

一种新的超弹性形状记忆合金本构模型

Graesser模型以应力-应变增率形式表述了形状记忆合金(SMA)本构关系,具有形式简单、能反映SMA动态力学特性的优点;但忽略了加载路径对模型参数的影响,造成预测误差．依据超弹性SMA的拉伸试验结果,在Graesser模型基础上提出了改进模型:将滞回曲线分为加荷阶段、卸荷至马氏体逆相变完成阶段、母相弹性卸荷阶段三部分,每部分采用各自的参数．数值模拟比较表明:改进模型能很好地捕捉超弹性SMA在静荷下的应力-应变特征,在一定程度上反映加荷速率对其滞回性的影响,且较Graesser模型具有更高的预测精度．

一种新开发的ANCF缆索单元

为精确模拟系浮系统中系留缆索的动力学行为,应用绝对节点坐标公式(absolute nodal coordinate formulation,ANCF),开发一种新的ANCF缆索单元。该单元考虑了缆索的层级数目、各层材料的力学性能,并通过子域划分来更好地适应材料的层间差异。其中,利用Kelvin-Voigt模型来解释内芯层的黏弹性性质,而将改进后的Yeoh模型应用于护套层当中以更好地契合材料的超弹性性能。此外,设计一种具有隐式效果的差分格式对动力学微分方程组进行数值求解。最后,通过一系列静力学与动力学数值计算证明单元的精度与收敛特性,并对比几种应用不同超弹性模型的ANCF单元,证实应用改进的Yeoh模型的ANCF单元的合理性与优越性。

基于高阻尼橡胶支座双折线与速度相关模型的结构响应对比

高阻尼橡胶支座具有很强的速度相关性,但传统规范采用的是未虑速度相关性的双折线模型。为了研究支座速度相关性对结构的影响,本文选择了考虑速度相关性的改进超弹性Zener模型和传统双折线模型进行对比分析。本研究选择了一栋7层混凝土框架结构,在近断层地震波和远场波作用下,用ANSYS分别计算了采用双折线模型和超弹性Zener模型后结构的地震响应,分析了采用两种模型后结构的楼层剪力、楼层位移,对比了支座滞回曲线。结果表明,和双折线模型相比,超弹性Zener模型滞回耗能更多,采用超弹性Zener模型的结构有更低的楼层剪力,更大的楼层位移,Zener模型能更真实地反映结构响应。