镍钛形状记忆合金塑性屈服后力学行为研究

为研究形状记忆合金(SMA)塑性屈服后力学行为的变化规律,在室温下将塑性屈服处理及未处理的SMA试样进行加卸载循环试验,对比分析了应变速率、应变幅值及循环次数等加载工况对SMA的相变应力、耗能能力及残余应变等力学参数的影响规律,给出了SMA塑性屈服后各力学性能与加载工况的关系.结果表明:受塑性屈服效应影响,SMA的滞回曲线无明显相变平台,并在卸载时出现较大残余应变.与超弹性SMA相比,塑性屈服后SMA在相同应变幅值下耗能能力下降超过40%,峰值应力增加约90%.塑性屈服效应不影响SMA极限应力,但对其极限应变有减弱作用.在结构振动控制所用的SMA耗能装置中,部分塑性应变有利于提高其自恢复能力,但在强震大变形作用下,需考虑因塑性屈服应变而造成的超弹性损失及残余应变的增加.     

循环加载条件下形状记忆合金丝的超弹性研究

由于形状记忆合金具有优良的力学性能,近年来在土木工程领域受到广泛关注.通过在不同的循环加载条件下对形状记忆合金丝材进行的拉伸试验,以相变应力、相变应变、弹性模量、残余应变、耗能能力等作为合金丝材的超弹性特征参数,分析这些特征参数与应变幅值、加载频率、循环次数的关系.结果表明:应变幅值和循环次数对形状记忆合金超弹性性能的影响较大,而加载频率的影响基本可以忽略,实际应用时,应根据具体情况进行试验研究并合理设计.     

不同直径NiTi形状记忆合金棒材的超弹性试验研究

处于奥氏体相态的形状记忆合金在经历较大变形后仍然可恢复原状,这一特性称为超弹性。立足于工程应用,对直径分别为6 mm、12 mm和19 mm的三种NiTi形状记忆合金棒材在常温下的力学性能进行试验研究。主要考察其相变应力、残余应变和耗能能力等力学特征随应变幅值与循环次数等参数的变化规律。研究结果表明,在相同加载速率下,国产19 mm直径棒材的最大可恢复弹性应变约为2.5%,与国外大直径形状记忆合金棒材的超弹性水平尚存在差距;12 mm直径棒材的最大可恢复弹性应变约为5%,可以应用于钢结构节点,以获得自回复性能。应变幅值和循环次数对NiTi形状记忆合金棒材的力学性能有重要影响,在工程应用时应该予以考虑。     

基于形状记忆合金的力学性能试验研究

形状记忆合金因其独特的形状记忆效应和良好的超弹性性能,被视为结构减震控制的理想材料。文中通过研究形状记忆合金的基本力学性能,为开发研制新型SMA减震装置提供依据。针对影响形状记忆合金的主要因素:循环次数、应变幅值、加载速率等进行了试验研究,探讨其对形状记忆合金等效割线刚度、等效阻尼比、循环耗能等的影响。     

超弹性NiTi形状记忆合金棒力学性能研究

研制了具有2种化学成分的超弹性NiTi形状记忆合金(NiTi SMA)圆截面棒材,并对其进行了力学性能试验研究,分析了应变幅值、加载速率对2种SMA棒的应力-应变曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余应变等力学性能参数的影响。通过有限元软件对SMA棒的力学性能进行了数值模拟,并对比了有限元模拟结果与试验结果。结果表明:超弹性SMA棒可提供较大的输出力和良好的复位性能,适合作为复位部件及辅助耗能部件用于工程结构的减振控制;数值模拟结果和试验结果吻合较好,采用有限元方法可较为准确地模拟超弹性SMA棒的力学性能。     

大尺寸超弹性镍钛形状记忆合金螺旋弹簧滞回性能

利用2种镍钛形状记忆合金(SMA)研制了大尺寸超弹性螺旋弹簧,对其进行了单轴反复荷载作用下的滞回性能试验,研究了超弹性SMA螺旋弹簧的恢复力特性与耗能能力,分析了加载频率、位移幅值对2种SMA螺旋弹簧滞回曲线以及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余位移等力学性能参数的影响;采用刚弹性模型和Bouc-Wen模型,建立了适用于整体结构分析的SMA螺旋弹簧简化恢复力模型,并利用该模型进行了数值模拟。结果表明:超弹性SMA螺旋弹簧具有稳定的滞回曲线,且具有良好的复位性能和大变形能力,可用于结构自复位控制装置的研发;数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了简化恢复力模型的正确性。     

黏弹性阻尼器大变形性能试验研究

通过对黏弹性阻尼器缩尺试件进行不同应变幅值、加载频率和环境温度下的基本力学性能试验、老化性能试验以及低周、高周疲劳性能试验，研究试件在不同工况下的剪切存储模量、剪切损失模量和损耗因子等力学参数，及其力学性能的变化规律。其中，力学性能试验的应变幅值100%~420%；低周疲劳试验最大应变达300%。试验结果表明：黏弹性阻尼器力学性能与加载频率相关性较小，与温度相关性相对明显，随应变幅值的增加阻尼器表现出软化特征，但其损耗因子始终保持在比较高的水平；阻尼器在小位移和大位移下都有稳定耗能能力，可用于风振控制和地震响应控制；阻尼器表现出良好的变形能力，在200%大应变下仍保持稳定的力学性能，应变420%时仍未破坏。     

形状记忆合金阻尼器在结构减振中的应用

介绍了形状记忆合金（SMA）的超弹性特性,简要讨论了形状记忆合金的超弹性效应在土木工程领域的应用以及形状记忆合金阻尼器的工作原理。应用OPENSEES软件对框架模型进行了振动试验分析。试验结果表明,形状记忆合金阻尼器具有显著的耗能性能,其在振动控制领域具有广阔的应用前景。     

超弹性形状记忆合金棒的力学性能试验

将超弹性形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称SMA）圆截面棒材原料加工得到标准试件。针对上述SMA棒试件进行了拟静力试验,系统研究了应变幅值、加卸载速率、循环加卸载次数对其相变应力、等效刚度、单位循环耗能量、等效阻尼比和残余应变五个力学性能参数的影响。试验研究表明,SMA棒可提供较为理想的超弹性效应。同时,由试验结果亦可观察到SMA棒的耗能和阻尼能力较低。总的来看,超弹性SMA棒可提供较大的输出力和稳定的复位性能,适合作为大尺寸阻尼器的复位器件用于工程结构的减振控制。     

形状记忆合金复合摩擦阻尼器设计及试验研究

研制一种兼具自复位功能和高耗能的形状记忆合金复合摩擦阻尼器 (Hybrid Shape Memory Alloys Friction Damper,简写为HSMAFD),该阻尼器由超弹性形状记忆合金丝复位装置和摩擦耗能装置组成。制作了HSMAFD模型,并通过试验研究了HSMAFD在循环荷载作用下的力学性能,考察了初始应变、位移幅值、摩擦力和加载频率对其力学性能的影响。基于改进的Graesser & Cozzarelli模型和Bouc-Wen模型,分别建立复位装置和摩擦装置恢复力模型,并对其力学性能进行了数值模拟。研究结果表明：HSMAFD在循环荷载作用下具有稳定的滞回特性、良好的耗能和自复位能力,且其滞回和自恢复性能可以通过调节超弹性形状记忆合金丝的初始应变和摩擦力而改变;数值模拟结果和试验结果吻合较好,验证了恢复力模型的正确性。     

工程结构的SMA超弹性减振技术及其应用研究

介绍了形状记忆合金 (SMA)超弹性减振技术的减振机理 ,研制一种性能良好的SMA超弹性阻尼器 ,介绍了其工作原理及性能测试试验结果。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 ,在工程结构振动控制方面具有比较好的应用前景     

形状记忆合金-摩擦复合阻尼器力学性能研究

提出一种新型形状记忆合金（shape memory alloy,简称SMA）-摩擦复合阻尼器。该阻尼器由超弹性SMA单元和高耗能摩擦单元串联而成,通过控制摩擦单元的摩擦力大于SMA单元的最大输出力,可实现自动调节耗能单元工作状态的功能,即：较小荷载作用下,仅SMA单元工作,消耗能量少,具有自复位功能;较大荷载作用下,SMA单元和摩擦单元依次工作,消耗大量能量,具有一定的变形回复能力。对阻尼器进行拉压循环力学试验,研究了位移幅值、加载频率和扭矩对其输出力-位移曲线以及摩擦力、割线刚度、单位循环耗能量、等效阻尼比、残余位移等力学参数的影响。将基于Graesser本构模型基础上的SMA单元力学模型和摩擦单元的理想刚塑性模型串联,建立了阻尼器的力学模型;数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明了该力学模型的正确性。     

Hysteresis behavior of t-stub connections with superelastic shape memory fasteners

This study compares the energy dissipative characteristics of bolted t-stub connections using steel and shape memory alloy (SMA) fasteners. The initial phase of the study focused on the optimization of the SMA superelastic effect using two different heat treatment temperatures. The samples were then subjected to tensile testing to determine transformation stress, tensile strength, and fracture strain. In addition, low cycle fatigue tests were conducted to examine the energy dissipative characteristics of these superelastic SMAs heat treated at the two temperatures. The cycled samples were then tensile tested to determine the effect of fatigue cycling on transformation stress, tensile strength, and fracture strain. Results from the mechanical tests were analyzed to determine the preferred heat treatment temperature that resulted in the least residual strain and the largest energy dissipative characteristics. The second phase of the study involved t-stub connection testing using steel and SMA double-ended threaded rod fasteners. The optimum heat treatment determined in the first phase was used to develop the SMA fasteners for the t-stub connection tests. Experimental hysteresis results from the t-stub connection tests were used to compare the energy dissipation capacity of the connections with SMA and steel fasteners.     

Shape memory alloy CuAlBe strands subjected to cyclic axial loads

Structural cables are composed of wires helically wound into strands, which, in turn, are wound around a core. They have high redundancy and can be used to carry large tensile forces in many civil engineering structures. Better dissipation and/or recentering capacity can be expected if the cable is composed of shape memory alloy (SMA) wires in the austenite phase. Tensile tests were performed on strands made of CuAlBe SMA wires to characterize their behavior and demonstrate their potential utility as adaptive or resilient tension elements. In particular, equivalent viscous damping and forward-transformation and maximum stresses were determined for different strain amplitudes. Nearly ideal superelastic properties were obtained up to 3% axial strain. The equivalent damping increased with strain, reaching a value of 4% for a strain amplitude of 5%. Strand experimental results were used to validate a two-dimensional numerical model developed to estimate the strand response to axisymmetric loads within the superelastic deformation range. The model relies on the linearization of the wire geometry and on a multilinear CuAlBe wire stress-strain relationship. The proposed model adequately predicts the maximum strand stress and the residual strains for different strain amplitudes.     

基于形状记忆超弹性拉索耗能器的框架振动控制研究

本文分析了形状记忆合金(SMA)超弹性拉索耗能器的工作原理，研究了SMA耗能器的超弹性恢复力模型，并将该种耗能器安装在2层框架结构模型上，进行了框架结构振动试验。对装有SMA拉索耗能器与装有钢丝的框架结构分别进行了地震响应分析。试验和数值模拟结果表明，形状记忆合金耗能器可有效地降低结构的振动反应，是一种性能良好的消能减振装置。     

形状记忆合金与叠层橡胶支座组合的隔震耗能体系研究

基于形状记忆合金的形状记忆功能和超弹性性能提出了一种由形状记忆合金与叠层橡胶支座组合而成的隔震耗能体系。通过对安装了该体系和仅安装叠层橡胶支座的4层隔震结构进行实例计算,比较两种隔震体系的隔震和耗能效果,表明隔震耗能体系能有效地控制隔震层的水平位移,提高结构抗震的可靠性,并实现建筑结构隔震的智能化。     

一种新型形状记忆合金阻尼器

本文利用奥氏体状态记忆合金丝超弹性性能,设计了一种新型形状记忆合金阻尼器,分别从记忆合金材料一维本构模型和合金丝超弹性分段线性恢复力模型两个角度建立了阻尼器的理论模型,并通过性能试验研究,得出如下结论:SMA阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的近似于双线性的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力;验证了理论模型的正确性;SMA阻尼器具有良好的抗腐蚀和抗疲劳特性,工作性能稳定。