基于Preisach理论形状记忆合金电阻-应变滞回模型

随着对形状记忆合金(SMA)研究的不断深入,其几种特殊性质得到了越来越广泛的应用。其中关于SMA电阻-应变滞回模型的研究,已经受到国内外学者高度重视。由于SMA的电阻与应变之间存在有规律性的关系,可以利用这种关系,把SMA作为传感器应用到结构的健康监测中去。但实验表明SMA的电阻-应变关系具有较强的非线性性质,表现出明显的滞回特性。利用Preisach理论建立SMA的电阻-应变模型。在实验的基础上,通过训练得到SMA的电阻-应变表达式,并利用另一组实验数据验证了该方法的有效性,为进一步开展利用SMA电阻特性的结构健康诊断研究奠定了基础。

形状记忆合金超弹性的Preisach滞回模型

以形状记忆合金(SMA)单向拉伸试验结果为基础,建立其超弹性的Preisach滞回模型。以Preisach滞回理论为基础,采用数值分析和实验验证相结合的方法,创建了SMA超弹性一维滞回模型。SMA与普通材料相比,除具有独特的形状记忆效应(SME)以外,还具有独特的超弹性性质。利用这种非线性的超弹性设计的减振器、耗能器和阻尼器在工程界得到广泛的应用,已受到国内外研究学者的高度重视。在完成SMA应力-应变单向拉伸试验的基础上,提取两组具有代表性的实验数据,一组用于训练Preisach滞回模型,另一组用于验证所提出模型的有效性。用经训练的滞回模型计算出的应力-应变关系与实验结果吻合程度很好。所提出的SMA超弹性滞回模型,可以有效的表达SMA超弹性应力-应变关系。

分段滑移隔震支座理论模型及滞回特性

针对现有滑移隔震支座摩擦力单一的情况,提出一种分段滑移隔震支座的设计思路。详细地介绍了该支座的工作原理,研究了支座水平方向上的力-位移理论模型,得到了由旋转摩擦部件和平动摩擦部件组合时的理论滞回曲线,重点分析并计算了2种摩擦部件中等效摩阻力的大小。采用有限元软件ABAQUS建立该支座实体模型进行滞回特性研究,以理论解为精确解并与计算值进行了对比。结果表明:理论推导的滞回曲线有较高精度,在滑移量较大时由于等效摩阻力力臂变短,理论摩阻力最大相对误差不超过6.77%,可以用简化的理论计算方法研究该支座的滞回性能。

形状记忆合金超弹性的Preisach滞回模型

目的以形状记忆合金(SMA)单向拉伸试验结果为基础,建立其超弹性的Preisach滞回模型.方法以Preisach滞回理论为基础,采用数值分析和实验验证相结合的方法,创建了SMA超弹性一维滞回模型.在完成SMA应力-应变单向拉伸试验的基础上,提取两组具有代表性的实验数据,一组用于训练Preisach滞回模型,另一组用于验证所提出模型的有效性.结果用经训练的滞回模型计算出的应力-应变关系与实验结果吻合程度很好.结论所提出的SMA超弹性滞回模型,可以有效的表达SMA超弹性应力-应变关系。

考虑剪切变形的RC薄壁空心墩滞回分析模型

建立了考虑弹塑性剪切变形的钢筋混凝土薄壁空心墩抗震滞回分析模型,模型中以修正的压力场理论(modified compression field theory,MCFT)计算空心墩的剪切变形,并通过Ozcebe建议的滞回规则描述剪切滞回关系,以纤维单元模型模拟空心墩的弯曲变形,两者通过串联模型共同模拟试件在地震条件下的弯剪作用.利用建立的数值模型对1个矩形和3个圆形薄壁空心墩试件的滞回曲线进行了模拟分析.结果表明,不考虑剪切变形的纤维单元模型模拟的滞回曲线与试验结果有较大的误差,难以准确模拟滞回曲线的捏拢效应和耗能能力,并可能高估薄壁墩的刚度和残余位移,而建议的模型很好地模拟了薄壁墩的滞回性能.

基于Preisach磁滞理论的超磁致伸缩驱动器建模

超磁致伸缩驱动器具有响应快、输出应变大、机电转化效率高等优点,但因受超磁致伸缩材料内在的磁滞效应与磁-机耦合效应等因素影响,导致其输出位移存在较大滞环,大大降低了驱动器的输出位移精度,也影响了该材料及其致动器更广泛的应用。为了有效地设计和使用超磁致伸缩驱动器,需要建立准确描述其磁滞非线性的数学模型。在经典Preisach模型的基础上建立了超磁致伸缩驱动器的Preisach磁滞数值模型,并通过对Preisach限制三角形的离散划分,依赖大量实验数据辨识了该模型的参数,并进行了超磁致伸缩驱动器磁滞输出实验研究。实验结果表明:该Preisach磁滞模型能较好地描述准静态下超磁致伸缩驱动器的磁滞现象,对指导超磁致伸缩驱动器位移精度的提高具有一定意义。

方形转动摩擦阻尼器滞回性能研究

提出了方形转动摩擦阻尼器的理论滞回模型,推导了滞回曲线理论计算公式并对公式的适用条件加以限制,通过低周往复试验和数值模拟,对该阻尼器的理论模型及计算公式进行了系统性的验证。结果表明:方形转动摩擦阻尼器的理论滞回曲线与试验结果、数值模拟结果在加载位移区间为(-30mm,30mm)内吻合性较好;滞回曲线近似呈喇叭形,曲线饱满,表明该阻尼器具有较强的耗能能力;当方形转动摩擦阻尼器耗能端预紧力较小或摩擦片材料摩擦系数较小时应考虑加载端的摩擦力影响,并对理论计算公式进行进一步修正,为类似工程提供借鉴。

SMA弹簧—摩擦支座的滞回性能研究

研究一种新型形状记忆合金弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,SFB)的滞回性能。首先,研制了可用于SFB的大尺寸超弹性NiTi记忆合金(NiTi SMA)螺旋弹簧。在此基础上,加工制作了SFB试件实物模型,对其进行了拟静力试验研究。考察了竖向压力、位移幅值和加载频率对SFB恢复力-位移曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和等效动摩擦因数的影响。最后,将SMA螺旋弹簧恢复力模型和摩擦力模型相叠加,建立了SFB的恢复力模型,利用该模型进行了数值模拟。研究结果表明:SFB可提供饱满的滞回曲线,耗能能力较强,且具有一定的复位能力;数值结果与试验结果吻合较好,验证了SFB恢复力模型的正确性。

迟滞非线性的一种离散Preisach函数辨识法

研究辨识Preisach分布函数,从而为智能材料中的迟滞非线性现象建模的一种离散方法——一阶滞回曲线法。它结合离散Preisach模型的特点,利用物理学及地质学等学术领域常需绘制的磁学曲线——一阶滞回曲线构造输入序列。基于一阶滞回曲线,提出了两种输入序列构造方法。具有原理清楚,计算简单、易于实现的特点。提出相关命题,阐明了这种辨识方法解的存在性与唯一性。仿真结果表明,该方法切实有效。论文最后就本方法的局限性做了简单讨论。

考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗计算方法

准确、快速地计算磁性材料在非正弦激励下的损耗是变压器、电机等电力设备优化设计的关键环节,特别是当其包含偏置小磁滞回环的情况。然而,在现有的文献中还没有高效系统地考虑偏置小磁滞回环的非正弦激励下磁性材料损耗的算法。从主磁滞回环与其内部偏置小磁滞回环相互独立的角度出发,分别计算这两种环对应的磁滞损耗与剩余损耗分量,并基于简化静态Preisach模型推导磁滞损耗的通用算式;针对损耗统计理论(statistical theory of losses,STL)剩余损耗统计参数提取较为繁琐的问题,利用简化动态Preisach模型与STL剩余损耗算式之间的函数关系,推导剩余损耗统计参数的通用辨识公式,继而提出一种考虑偏置小磁滞回环的磁性材料非正弦激励损耗算法。利用所提算法,仅需少量传统正弦激励下的数据即可辨识模型所有参数。最后,通过实验及仿真验证所提算法的准确性与实用性。

一种橡胶黏弹性阻尼器性能试验及理论模型研究

黏弹性阻尼器是一种简单高效的被动耗能装置,它是由约束钢板夹黏弹性材料组合而成,通过黏弹性材料的剪切滞回耗能来提高结构阻尼、减小结构地震或风振响应。为研究黏弹性阻尼器的耗能和滞回特征,设计加工了2个橡胶黏弹性阻尼器,对其进行变形相关性和频率相关性循环加载试验。分析了其在不同工况下的每循环耗能、最大阻尼力、存储剪切模量、等效黏滞阻尼比等力学性能指标及其变化规律。结果表明,橡胶黏弹性阻尼器滞回曲线饱满、稳定,耗能显著;随着变形的增加,滞回环面积增大;各项力学性能指标与变形幅值的相关性明显,与加载频率的相关性较小。根据滞回曲线高度非线性的特征,提出了一种考虑多种非线性因素的理论力学模型来模拟该类黏弹性阻尼器的滞回性能,模拟结果与试验曲线吻合良好,各力学性能指标误差均小于9.72%,验证了该理论模型的正确性以及应用于非线性时程分析的合理性。

钢筋混凝土桥墩弯剪数值分析模型

基于修正的压力场理论MCFT(The Modified Compression Field Theory)和纤维单元模型建立了钢筋混凝土桥墩的弯剪数值分析模型,以MCFT理论确定桥墩的剪切力-剪切位移关系,并与考虑桥墩弯曲变形的纤维单元模型组合,共同考虑桥墩的弯-剪-轴力耦合作用。通过与六个弯剪破坏控制的圆形截面钢筋混凝土桥墩拟静力试验结果的对比,对分析模型进行了验证。主要认识结论为基于MCFT理论可准确地计算弯剪破坏桥墩的屈服荷载、极限荷载和弹性阶段剪切刚度,剪切开裂是引起钢筋混凝土构件剪切力-剪切位移关系刚度突变的主要因素,而弯曲开裂与纵筋屈服对刚度的影响较小;分析模型对弯剪破坏桥墩的滞回曲线、弯曲与剪切变形成分均进行了较为准确的模拟分析。

循环荷载作用下黏土改进边界面模型

为克服边界面模型应用不便、不能反映卸载过程中土体的弹塑性性质的缺陷,提出了一个循环荷载作用下可考虑弹塑性加、卸载过程的重塑黏土改进边界面模型。模型采用了简单的边界面形式,可大大简化该模型理论的推导与计算;采取了不预先定义边界面大小的方式,有效地降低了改进边界面模型在应用过程中的经验性;加入边界面胀缩规则,使模型可考虑土样卸载过程中的弹塑性性质,进而可反映土样的滞回特性。通过对重塑黏土进行循环三轴数值模拟试验,并与真实试验结果进行对比分析,验证了改进边界面模型的合理性和有效性。数值验证结果表明,改进边界面模型具有物理意义明确、参数易于确定、形式相对简单的特点,且该模型计算精度较高,计算结果与试验结果吻合得较好。

用于非圆切削的超磁致伸缩换能器耦合磁弹性模型

在恒温条件下,综合考虑超磁致伸缩车削加工系统电、磁和机械三方面的关系,根据Jiles-Atherton非线性滞回模型,采用磁场与磁化强度间的线性化近似关系式,结合Kelvin-Voigt阻尼理论和非圆加工切削力模型,建立了用于非圆切削加工的超磁致伸缩换能器耦合磁弹性理论模型。通过对换能器系统频响关系的分析,得出激励磁场与系统输出位移之间的关系与文献给出的换能器系统性能实验结果具有相同的分布趋势。

钢板剪力墙水平荷载作用下简化滞回理论模型研究

为实现利用简化杆系模型准确模拟钢板剪力墙结构复杂的滞回行为,提出一种适用于桁架单元的钢板剪力墙滞回理论模型。给出了该模型骨架曲线和滞回准则的数学表达,建立了关键点参数与结构特性之间的解析关系,综合考虑了材料本构关系影响以及钢板受压区域的贡献,该模型适用于不同内嵌钢板宽厚比情况。利用ABAQUS有限元软件用户子程序接口UMAT进行二次开发,编制了相应的计算程序,实现了钢板剪力墙简化滞回模型与杆系单元的集成,兼顾计算精度和计算效率。结合典型钢板剪力墙试验结果,验证了模型的准确性和适用性。

一种新型剪力墙多垂直杆单元模型:原理和应用

在经典梁理论的基础上提出了一种新的多垂直杆单元模型。新模型的横向位移函数为沿纵向三次式,单元刚度矩阵中考虑了轴向拉压变形与剪切变形的相互作用以及弯曲变形与剪切变形的相互作用。每个单元在纵向采用了四根竖向弹簧,用四段常数应变来拟合线性变化的纵向正应变,一定程度上反映了纵向正应变沿纵向坐标的变化。计算精度随单元高宽比的增加下降极少,减少了单元的划分数量,加快计算速度,并且对于各种荷载组合,均有着较高的计算精度,适应面较广。最后通过算例,并与试验结果比较,表明该模型具有较好的计算精度,可适用于高层建筑结构的弹塑性静力和动力分析。