应用SMA智能阻尼器的结构模糊控制

利用形状记忆合金(SMA)的弹性模量随温度变化的特性和SMA超弹滞回耗能特性,设计提出一种新型SMA智能阻尼器。采用模糊控制器确定SMA智能阻尼器的SMA丝工作组数,从而瞬时准确地确定SMA智能阻尼器的刚度和阻尼的档位,并有效降低受控结构地震反应。利用MATLAB提供的模糊控制工具箱和Simulink模块建立仿真模型,数值分析某三层框架结构在无控、主动控制和模糊控制三种情况下的地震反应。仿真结果表明：在模糊控制情况下框架结构底层位移和加速度反应幅值分别降低了41%和48%,控制效果显著,接近主动控制的效果,从而验证了所设计提出的SMA智能阻尼器及其模糊控制的有效性与可靠性。     

SMA 智能复合材料结构研究进展

扼要介绍近年来SMA 智能复合材料结构的研究进展, 着重总结围绕该智能结构的本构模型及其在结构振动、噪声与冲击的控制、裂纹诊断与控制等方面的研究成果, 并指出目前存在的问题和今后所需研究的一些关键课题。      

蠕变损伤失效概率模型的研究

利用灰色系统理论，把实验数据做累加处理后，使其变成更有规律的序列，从中找出较好的与温度的有关的拟合函数。以此为基础，本文提出以温度为基本变量的高温合金蠕变损伤模型，并且建立了相应的蠕变损伤失效概率模。     

含SMA和PZT二元驱动器的智能复合材料结构形状控制

基于有限元素法求解嵌入SMA和PZT作为联合变形驱动器的板壳型智能结构的变形,采用优化方法将最小化目标变形和实际变形差作为目标函数,确定各个驱动器的驱动电压或控制温度以实现自适应结构的任意变形控制,并考虑到了控制电压和结构温度的限制。算例结果列举了联合控制同单独PZT或SMA控制方式的控制效果对比。      

自诊断损伤区域和级别的智能复合材料结构

智能材料与结构是当前研究的热门课题,本文介绍了我们所研制的一种能够对损伤进行自诊断的智能结构系统,系统能进行损伤或大应变位置的自诊断及损伤级别的判断,主要介绍了智能复合材料结构试件的制作、四点法传感元件的布置及应用模式识别算法的研究,该系统具有较高的自诊断成功率。     

飞行事故中的疲劳损伤失效分析EI

本文就如何正确鉴别飞行事故中的疲劳损伤失效问题，做了综合评述。包括：导致发生飞行事故的疲劳损伤断裂失效件的基本特征；飞行事故造成的疲劳损伤断裂件的基本特征；复合疲劳损伤断裂失效条件下材料、损伤缺陷与作用应力三者关系的综合分析。     

PZT基NiTi SMA/PZT复合材料的组织结构及其压电性能研究

采用真空直流溅射法在PZT基体上沉积NiTi SMA薄膜,再经过晶化处理而制备出PZT基NiTi SMA/PZT复合材料.使用扫描电子显微镜观察复合材料试样的表面和界面组织结构.使用ZJ-3A型准态仪、Automatic LCR Meter4225测试复合材料的压电常数d33,机电耦合系数KP1,介电损耗tgδ,以考察NiTi SMA薄膜对PZT压电性能的影响.测试结果显示复合材料的压电常数d33,机电耦合系数KP相对于PZT均有提高,而介电损耗tgδ有小幅度降低.NiTiSMA薄膜与PZT基体之间的良好的界面结合结构及界面附近存在的源自膜/基材料间晶格差异的约束应力,有利于电偶极子的定向运动,保障了PZT基体压电性能的发挥.     

压电层合智能结构冲击损伤自诊断方法的研究

针对压电层合板智能结构,建立了压电阻抗的计算模型,从理论上分析了压电阻抗与结构机械阻抗的相关性,并对冲击损伤试件的压电阻抗进行了实验测试.理论分析和实验研究表明,通过直接测量压电阻抗并提取与冲击损伤相关的特征信息来评价冲击损伤的方法是可行的.该方法基于压电智能结构的机-电动态阻抗特性,不受结构的几何形状限制.测试用的压电元件成本低、且对主体结构刚度的影响很小,测量压电阻抗的方法简单可行,易于实现压电层合智能结构冲击损伤的自诊断功能,有望作为一种新技术在飞行器结构损伤监测方面获得实际应用.     

基于应变不变量失效理论的碳纤维增强树脂基复合材料层合板开孔结构压缩损伤模拟

应变不变量失效理论(SIFT)是一种新型的基于物理失效模式的复合材料强度理论,被广泛应用于复合材料结构失效分析。首先,为了提高理论分析的精度,SIFT被扩展用于分析碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)层合板开孔结构的静载压缩逐步失效机制和强度。开发的SIFT实施方法包括材料强度表征和结构强度预测两个部分。结构强度预测是基于ABAQUS平台并使用Fortran语言编写用户自定义材料子程序(UMAT)实现的。随后,将SIFT预测值与经典复合材料强度理论Tsai-Wu和Hashin理论的预测结果和试验结果进行了对比,结果显示SIFT预测的精度最高。同时,基于SIFT对静载压缩下的AS4/3501-6层合板开孔结构从初始失效到最终失效的失效机制演变进行了详细的分析。最后,将SIFT预测的AS4/3501-6层合板开孔结构静载压缩的失效机制与试验结果进行了对比。结果表明SIFT预测的逐步失效机制与试验结果相吻合,所得结论为CFRP结构强度的预测提供了新思路。     

基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型

基于地震作用下钢筋混凝土结构的损伤机理, 以钢材和混凝土材料损伤模型为基础, 推导出损伤状态下钢筋混凝土构件刚度和材料自由能退化表达式, 提出一种以刚度退化和自由能退化线性组合的钢筋混凝土构件损伤模型. 对钢筋混凝土柱的拟静力试验进行模拟分析, 结果表明该模型可以较好的描述钢筋混凝土柱的损伤演化过程, 且能够定量确定其在单向荷载作用下与之正交方向的损伤程度;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验数据和钢筋混凝土刚构桥的数值算例进行了模拟分析, 结果表明基于材料损伤的钢筋混凝土构件损伤模型可以描述钢筋混凝土桥墩抗震能力的退化过程以及预测结构的失效模式, 可用于地震作用下桥梁结构的损伤分析.     

形状记忆合金薄膜的研究与发展

形状记忆合金是智能结构研究中重点开发的传感和驱元件材料之一。然而ＳＭＡ体材料响应速度较慢，在一五程度上限制了它的应用。ＳＭＡ薄膜弥补了这一缺陷，且更易于智能能结构集成化。本文介绍了国内外关于ＳＭＡ薄膜研究的现状。并展望了未来发展。     

SMA纤维混杂层合梁的振动分析

提出一类形状记忆合金(SMA)纤维混杂层合梁的数学模型。采用多胞模型、形状记忆合金一维本构关系分析方法,同时考虑铁木辛柯剪切和马氏体相变的影响。目的是为了更进一步了解层合梁的振动控制。SMA纤维用来作为驱动器,它能够改变弹性模量和回复力,以此改变梁的频率。分析了SMA纤维含量、铺设角度和横向剪切变形的影响。结果表明,通过激活形状记忆合金纤维及改变初始变形,对层合梁的自振频率有很强的控制和调节能力。     

形状记忆合金增强复合材料梁的弯曲

本文根据形状记忆合金的-维热-力学本构关系推导了形状记忆合金丝混杂的纤维增强复合材料梁的纯弯曲变形的本构关系,并对温度变化时梁的曲率变化问题作了分析。      

航天器用记忆合金热开关的设计与理论分析

介绍了一种航天器热控制用记忆合金热开关的设计与分析。该热开关以形状记忆合金弹簧作为感温和驱动元件,当温度超过记忆合金材料的奥氏体相变点时,驱动元件开始变形并推动热开关闭合;温度低于记忆合金材料的马氏体相变点时,偏置弹簧将克服记忆合金元件的弹力,推动热开关使之断开。热开关结构为圆柱体,长度32mm,直径23mm。对热开关的力学参数、传热性能进行了分析计算,表明该热开关的闭合热阻为2．69K／W,断开热阻大于352．64K／W,闭合时间小于30min。     

基于形状记忆合金的智能混凝土梁桥设计与试验研究

研究了埋置形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)束的智能预应力空心板及梁桥的变形性能,探索了SMA在实际工程中的应用。提出了一种SMA在实际工程应用的设计方法,测量了SMA通电加热时产生的回复力、SMA的温度以及空心板和梁桥的变形,并试验研究了激励电流强度对SMA回复力产生速度的影响。结果表明:可以通过控制埋置在空心板内的SMA束的温度控制其产生附加预应力的大小,调节混凝土梁和桥的变形,从而提高桥梁结构的承载能力。     

Ca/P层对NiTi形状记忆合金生物相容性的影响

用化学法在ＮｉＴｉ形状记忆合金表面修饰了一层Ｃａ／Ｐ层。Ｘ射线分析表明,Ｃａ／Ｐ层的主要成分是Ｃａ５（ＰＯ４）３（ＯＨ）,还有少量的α－Ｃａ２Ｐ２Ｏ７和β－Ｃａ３（ＰＯ４）２。原子吸收光谱的测量表明,Ｃａ／Ｐ层抑制镍离子在人体模拟溶液中的溶出。植入试验的结果表明,Ｃａ／Ｐ层改善了ＮｉＴｉ形状记忆合金的生物相容性。     

形状记忆合金丝增强复合材料的热机特性——智能复合材料研究

在形状记忆合金丝增强复合材料中,形状记忆合金丝作为分布式驱动器使复合材料具有自适应功能.本文根据形状记忆合金的一维本构关系,对形状记忆合金丝增强复合材料的温度与应力、应变关系进行理论探索;对形状记忆合金丝增强复合材料的拉伸性能、温度变化时的自由回复和受限回复性能进行了实验,并与模拟计算结果进行了比较.     

NiTi形状记忆合金表面改性绝缘膜的研究

用三级反应溅射离子镀法在ＮｉＴｉ形状记忆合金基片上镀制ＴａＮ膜，并在６００℃干燥空气中氧化１ｈ，形成氧化膜。研究了氧化后的ＴａＮ膜的性能及其成分和结构，结果表明：膜完全氧化成ＴａＯ．Ｔａ，Ｎ，Ｏ等在膜中分布比较均匀，它的韧性良好，与基体结合强度高，绝缘性良好；膜－基体间约有４０ｎｍ的离子束混合区。     

SMA阻尼器控制单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动研究

对安装有超弹性形状记忆合金(shapememoryalloy,简称SMA)阻尼器的单自由度结构在地震激励下的平稳随机振动进行了理论研究:假定地震地面运动是具有平稳过滤有色噪声模型的随机过程,确定了与《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)相对应的随机地震动模型参数(平稳持时和谱强度因子);建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在平稳地震动过程下的状态方程,并采用随机等价线性化法推导了其平稳反应公式以及基于首超破坏准则的结构动力可靠性公式;通过算例,证明了随机振动解析式是可行的,并指出SMA阻尼器能消耗地震能量,从而有效抑制结构的振动,增加结构动力可靠性。     

单自由度SMA阻尼结构在高斯白噪声激励下的平稳随机振动分析

设计了一种超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)阻尼器。在SMA丝的Graesser本构模型基础上, 建立了SMA阻尼器的常规力学模型, 进而提出了其简化力学模型。采用随机等价线性化法建立了单自由度SMA阻尼结构在高斯白噪声激励下的平稳随机振动分析公式。算例比较了随机等价线性化法和蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟法计算的结构振动响应, 证明了随机等价线性化法的有效性;比较了无控结构和SMA阻尼结构的动力特性和振动响应, 说明了SMA阻尼器能增加结构的刚度和阻尼比, 因而可有效抑制结构的振动。