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。     

含形状记忆合金自复位阻尼器隔震结构的地震反应分析

为了使隔震结构体系能够同时获得良好的隔震特性及震后自复位能力,本文利用形状记忆合金(SMA)材料在相变伪弹性阶段具有较好阻尼性能这一特点,采用SMA自复位阻尼器与常规叠层橡胶垫组合成自复位隔震装置。根据SMA材料相变伪弹性的本构模型,对SMA自复位阻尼器在反复循环荷载下的力学行为进行了数值模拟,得到了相应的滞回耗能曲线。提出了一种针对SMA自复位阻尼器的分段线性化恢复力模型,并依据剪切型层模型理论,编制了设有SMA自复位阻尼器隔震结构在地震作用下的弹塑性时程分析程序,对设有这种新型隔震装置工程结构进行地震反应分析。分析结果表明,这种隔震装置不仅可以大大减轻地震对上部结构的影响,而且还具有很好的震后复位能力,因此具有较好的工程应用前景。     

新型SMA阻尼器在古塔抗震监测中的应用

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性滞回耗能特性,设计出一种适合古塔抗震监测的新型SMA阻尼器,通过从试验得出的SMA阻尼器恢复力公式,建立SMA阻尼器电阻特性简化模型,得出其器恢复力和SMA丝电阻之间的关系,再通过安装了SMA阻尼器的受控古塔结构运动方程,算出古塔每个质点的位移,从而判断古塔在地震中的震害情况,实现对古塔的健康监测,为古塔等类似古建筑结构的抗震加固和健康监测提供借鉴。     

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。     

新型形状记忆合金阻尼器在古塔抗震加固中的应用与优化分析

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性滞回耗能特性,根据古塔的受力和主要灾变特点设计提出一种适合古塔的新型SMA阻尼器.通过试验得出该阻尼器的双线性恢复力模型,利用MATLAB提供的Simulink模块建立仿真模型,数值分析某古塔模型原型结构和加SMA阻尼器结构的地震反应.仿真结果表明:新型SMA阻尼器能有效降低古塔的地震...     

带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能试验研究

为减小耗能部件对自复位性能的影响,提出一种带楔形装置的自复位方钢管混凝土柱 钢梁节点。对4个2/3缩尺比例的自复位节点试件进行了拟静力试验,研究钢绞线初始预应力、耗能钢棒直径及是否布置楔形装置对节点受力性能、自复位性能和抗震性能等的影响。结果表明：在梁端往复荷载作用下,各试件的滞回曲线均为典型的“双旗帜”形,具有良好的自复位性能和耗能能力。加载过程中,仅耗能钢棒进入塑性,主体构件及钢绞线均保持弹性。震后仅需更换耗能钢棒并调整楔形装置位置即可快速恢复使用功能。增加钢绞线初始预应力可以显著提高节点的承载力;增大耗能钢棒直径明显提高了节点的承载力和耗能能力;设置楔形装置可以显著提高节点的耗能能力。提出了带楔形装置自复位节点的简化恢复力模型,简化恢复力模型与试验滞回曲线吻合较好。     

预压碟簧自复位装配式混凝土梁柱节点滞回特性研究

为提升装配式RC框架结构的可恢复性能，提出了一种带有可控塑性铰的自复位装配式RC梁柱节点(PJ-CPH),其中可控塑性铰是由机械铰、摩擦耗能装置和碟簧自复位装置组合而成。将碟簧自复位装置简化为非线性弹簧元件，摩擦耗能装置简化为蜗簧元件和阻尼元件串联，给出了PJ-CPH的力学模型，建立了PJ-CPH的恢复力模型。采用ABAQUS软件对5个不同设计参数的PJ-CPH在低周往复荷载作用下的滞回性能进行模拟，结果表明：PJ-CPH的滞回曲线呈现“旗帜形”特征，提出的恢复力模型与有限元计算结果吻合良好，能够较好预测PJ-CPH的滞回特性；碟簧自复位装置提供的复位弯矩与摩擦耗能装置的启动弯矩平衡时，摩擦片残余弹性扭转变形无法完全自复位；在摩擦耗能装置启动弯矩不变的情况下，当复位率大于1.00时，提高复位率并不能减小梁端残余位移，反而会增加残余位移。     

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。     

双向耗能钢板-形状记忆合金丝阻尼器性能有限元分析

提出了一种双向耗能钢板-形状记忆合金（SSMA）丝阻尼器,用于解决传统钢板阻尼器塑性变形不可恢复的问题。该阻尼器是一种结合了耗能钢板和超弹性SMA丝的复合阻尼器,结合了两种耗能机制,具有双向耗能能力和可恢复性,其性能优于传统单一类型的钢板阻尼器和SMA丝阻尼器。编写了Ni-Ti超弹性SMA丝的本构关系子程序并将该子程序与ABAQUS软件进行对接;利用ABAQUS有限元软件对未附加SMA丝的钢板阻尼器和SMA丝组分别进行模拟,SMA本构模型为双旗型本构模型;然后,对复合阻尼器SSMA进行模拟分析,深入研究SSMA的力学性能并给出其恢复力模型与设计建议。有限元分析结果表明,复合阻尼器SSMA具有饱满的滞回曲线、良好的耗能能力和良好的可恢复性。     

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。     

预压弹簧自恢复耗能支撑受力性能分析与试验研究

预压弹簧自恢复耗能支撑由内管、外管、摩擦耗能装置及组合碟簧自复位装置组成,对其受力性能进行分析,并建立了描述该支撑滞回特性的恢复力预测模型。通过对预压弹簧自恢复耗能支撑的低周往复加载试验,研究其滞回特性、自恢复性能及耗能能力,并与建立的预测模型进行了对比分析。结果表明：预压弹簧自恢复耗能支撑具有稳定的“旗形”滞回曲线,耗能能力随摩擦耗能装置提供摩擦力的增大而增大,且碟簧间及碟簧与内管间摩擦可为支撑提供一定耗能能力;当碟簧预压力能够克服摩擦耗能装置提供的摩擦力时,支撑具有更好的自恢复性能。所建立的恢复力预测模型与试验的滞回曲线吻合较好,能够有效地反映支撑的实际受力情况。     

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。     

装配式零初始索力摩擦耗能复位支撑抗震性能理论分析

提出了一种具有简单构造形式、既能在震后为结构提供回复力,又能避免索体预应力损失的装配式零初始索力摩擦耗能复位支撑,并对该支撑的抗震性能进行了理论分析。结果表明：该支撑在加载过程中无刚度退化现象,滞回曲线呈四边形状,曲线饱满且耗能规律稳定|支撑复位停止后,放松黄铜-槽孔钢摩擦板耗能器中高强螺栓,可使支撑继续复位至位移零点,该支撑具有很好的复位功能。     

T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗震性能研究

为研究T形钢管混凝土柱-钢梁框架抗震性能,进行了两榀T形钢管混凝土柱-钢梁平面框架拟静力试验,探讨了柱轴压比对框架滞回性能的影响。试验结果表明,框架在往复荷载作用下均呈理想的梁铰破坏机制;随着水平位移荷载的增大,框架滞回曲线渐趋饱满,最终框架正负向位移延性系数均大于4.0,满足建筑结构抗震延性需求;随着柱轴压比增大,其耗能能力提高,但框架的延性下降。提出了该类框架的简化三折线恢复力模型,可为T形钢管混凝土柱-钢梁框架的深化研究及工程设计提供参考。     

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。     

超弹性形状记忆合金丝(NiTi)力学性能的试验研究

从土木工程振动控制的角度出发 ,通过NiTi形状记忆合金丝处于超弹性状态下的力学性能试验 ,研究温度、加载速率、应变幅值、循环次数等加载工况对形状记忆合金的相变应力、耗能能力、变形模量及残余应变等力学性能参数的影响规律 ,并给出了各力学性能参数与主要影响它的加载工况之间的关系。试验和分析结果表明 ,处于超弹性状态下的形状记忆合金具有良好的耗能阻尼性能、较大的可恢复变形能力和很高的结构驱动能力 ,可满足土木工程结构振动控制的需要。     

Smart damper using sliding friction of aramid brake lining and self-centering of rubber springs

The purpose of this study is to develop a smart damper with flag-shaped behavior by using the sliding friction of aramid brake lining and the restoring capacity of pre-compressed rubber springs. For this purpose, the friction force of aramid brake lining pressed by bolts was used along with polyurethane rubbers, each with a length of 80 mm, a diameter of 95 mm, and a circular hole of 37 mm. In the experiments, loading frequency and torque force were considered. The loading frequency varied from 0.1 to 2.0 Hz, and frictional force was controlled by variable bolt torque force. The tests were conducted to demonstrate that the clamping force by the bolts could provide normal force to frictional material. The friction force by the aramid brake lining sliding was tested, followed by the pre-compressed rubber springs' behavior. Afterward, a damper combining the two components was tested to verify flag-shaped behavior by using a dynamic actuator, and the damping ratios were evaluated from the hysteretic curves. The behavior of the damper closely matched flag-shaped behavior, resulting in self-centering and energy dissipation capacity.     

低周反复荷载下预压装配式PC框架延性性能和耗能能力

通过两榀两跨预压装配式预应力混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验,探讨了预压装配式预应力混凝土框架的承载能力、破坏形态、滞回性能、变形恢复能力、截面延性及耗能能力等抗震性能。试验研究表明:仅依赖预应力筋抗弯的梁端截面,滞回曲线较为丰满,具有良好的耗能能力;曲率延性系数达4时,截面承载力无明显降低,可满足弯矩调幅要求;卸载后残余变形较小,截面屈服后仍具有变形恢复能力;对称和反对称两种加载方式对跨中和梁端受力性能和延性无明显影响,仅对中柱节点核心区受力状态产生较大影响。     

自复位阻尼耗能支撑力学性能分析与试验研究

介绍了自复位阻尼耗能支撑的力学原理，基于支撑试件动力性能试验，在不同加载频率的正弦激励下，对具有不同组合碟簧刚度支撑的滞回响应和抗震性能进行研究，并分析了不同轴向变形比对支撑性能的影响。结果表明，支撑具有饱满的旗形滞回响应，激活力和激活变形稳定，等效黏滞阻尼比和承载力高，有效减小甚至消除了残余变形，体现出优异的耗能能力和自恢复能力。支撑应变的理论和数值解与试验结果吻合良好，能够用以分析支撑应变分布的特点。利用数值模型分析了支撑的破坏模式，验证了支撑设计的合理性。