一种新型SMA阻尼器的试验和数值模拟研究

利用超弹性SMA丝的耗能能力和自复位能力.提出了一种新型的SMA阻尼器,试验研究了该阻尼器在循环荷载作用下不同位移幅值、不同加载频率和不同初始位移条件下的力学性能,并通过建立的理论模型对阻尼器的力学性能进行了数值模拟.研究结果表明:该新型SMA阻尼器在循环荷载作用下形成稳定的滞回曲线,具有良好的耗能能力和自复位能力;阻尼器的性能可通过调节超弹性SMA丝的初始应变而改变,以满足工程的需要;动力荷载(0.5～2 Hz)频率对阻尼器的耗能能力和等效阻尼比影响不大,而恢复力和割线刚度随频率增加而略微增大;数值模拟结果和试验结果吻合较好,建立的理论模型可以对SMA阻尼器进行理论分析.     

SMA滑动摩擦阻尼器的数值模拟及参数分析

该文将超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)螺栓和摩擦斜面结合,提出一种SMA滑动摩擦阻尼器(SMA slip friction damper,SMASFD)。介绍了SMASFD的基本构造和工作原理,给出描述滞回行为的理论公式,开展了概念验证试验,建立了三维实体单元有限元模型。试验数据和分析结果均表明,采用合理设计的斜面倾角和摩擦系数,阻尼器可展示出“旗帜形”滞回曲线,拥有良好的耗能能力和优越的自复位能力,并且理论公式和模拟结果均与试验数据吻合良好。基于已经验证的有限元模型,建立了6个额外的有限元模型进行参数分析,关键参数包括斜面倾角、摩擦系数和SMA螺栓的预紧力。参数分析结果表明：阻尼器的非线性变形集中于SMA螺栓内,其他部件保持弹性;增大斜面倾角可提高阻尼器的强度、割线刚度和耗能能力;当接触面间的摩擦系数较大时,阻尼器的耗能能力得到提高,但是超过上限值会导致阻尼器无法自复位;对SMA螺栓施加预紧力可提高阻尼器的初始刚度和割线刚度,但是会降低阻尼器的最大变形能力。     

基于形状记忆合金的X形板阻尼器的力学模型

根据超弹性形状记忆合金（SMA）的分段线性化本构关系,建立了X形SMA板式阻尼器的力学模型;通过MATLAB程序进行数值模拟,绘制了X形SMA板的阻尼力滞回曲线,并研究了位移幅值、温度、形状尺寸对阻尼器基本特征参数（等效割线刚度、单位循环消耗的能量、等效阻尼比）的影响。结果表明：X形SMA板式阻尼器具有“旗帜”形的滞回曲线,耗能较小,但复位能力好;随位移幅值增加,耗能力和等效阻尼比增加,等效割线刚度降低,温度的影响与此相反;阻尼器的特征参数随板高增加均呈降低趋势;增加板宽,单位循环耗能与等效割线刚度增加,而等效阻尼比不变。研究结果为X形SMA板式阻尼器的设计和工程应用提供了理论依据。     

结构振动控制的不同直径NiTi丝力学性能试验研究

试验研究了三种直径超弹性NiTi SMA丝的力学特性,考察了循环加载次数、应变幅值、加载速率和环境温度对其力学性能（相变应力、每循环耗散能量、割线刚度、等效阻尼比和残余应变等）的影响,揭示了加卸载过程中因潜热引起的SMA丝温度的变化规律。研究表明：随着循环加载次数的增加,三种材料的马氏体相变开始应力降低、每循环耗散能量和割线刚度逐渐减小,而残余应变累计增大,但约20圈后趋于稳定。而在同等条件下,三种材料相比,直径0.5mm SMA丝阻尼耗能特性和自复位特性优于另两种材料,而直径1.2mm和2.0mm SMA丝的力学性能基本接近。试验结果为SMA阻尼器的设计提供了依据。     

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。     

基于齿轮机构的SMA-摩擦阻尼器试验研究及数值模拟EI北大核心CSCD

基于齿轮机构对形状记忆合金(SMA)丝非比例拉伸的特点,提出了一种新型SMA-摩擦阻尼器,并阐述了该阻尼器的基本构造和工作原理。对SMA丝进行循环拉伸试验,考察了加载幅值、加载速率对其力学性能的影响规律;分别对齿轮摩擦单元和SMA-摩擦阻尼器试件进行了低周往复荷载下的力学性能试验,得到了摩擦材料、预紧力以及位移幅值对单次循环耗能、割线刚度、等效阻尼比和自复位率等力学性能指标的影响规律;建立了SMA-摩擦阻尼器的简化力学模型并进行了数值模拟。研究结果表明:所用复合树脂材料较黄铜材料出力更大,性能更稳定;新型阻尼器具有良好的耗能能力、承载能力及自复位能力,可实现大行程设计;利用OpenSees有限元模型计算得到的滞回曲线与试验曲线吻合较好,验证了力学模型和材料本构二次开发的正确性。     

自复位放大位移型SMA阻尼器优化设计方法研究

该文利用形状记忆合金（SMA）的超弹特性提出了一种新型自复位放大位移型SMA阻尼器（re-centeringdeformation-amplified SMA damper,RDASD）。该阻尼器可将位移变形根据实际工程需要进行放大,通过限制放大以后的位移充分发挥SMA材料的耗能能力。首先建立了该阻尼器的恢复力模型,并通过试验进行了验证。基于SMA材料的旗帜型恢复力模型,分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度四个参数对该阻尼器耗能系数的影响规律。为实现最佳耗能和减震控制效果,提出了该阻尼器的设计准则和性能优化方法。最后以某三层钢框架结构为例,分析了有控和无控两种工况下结构在地震动作用下的动力响应,验证了该阻尼器的减震效果。     

Ti-Ni形状记忆合金复合悬摆减震系统性能试验研究

系统研究了Ti-Ni形状记忆合金丝应力-应变曲线、特征点应力、耗能能力、等效阻尼比等随材料直径、应变幅值、加载循环次数的变化规律,结果表明:丝材直径的增加会导致SMA丝力学性能趋于劣化;当应变幅值为6%、加载循环次数达15次时,可获得滞回性能良好、工作稳定的SMA丝材。将训练后所得SMA丝材,利用其超弹性特性,结合调谐质量阻尼器基本工作原理,设计制作了一类可便于拆卸的SMA复合悬摆减震系统。针对该类减震系统,完成了相应的性能试验,分析了该系统自振频率、质量振子与受控结构间的相位关系、等效阻尼力随振子质量、摆杆长度的变化规律,结果表明:该减震系统在正弦波和真实地震激励下质量振子与受控体结构之间相位关系始终较好的保持在150°~180°之间;同时,等效阻尼力随外荷载幅值的增大,控制效果更加明显。综上,该系统能够简便应用于结构振动控制之中,并提供稳定、高效的阻尼力,从而保护结构免于强动力灾害。     

SMA新型阻尼器在RAC框架上的减震性能分析

对所选SMA(形状记忆合金)丝材进行了应力-应变关系测定试验,并基于SMA丝材试验结果及相变伪弹性理论,设计一种新型SMA合页型阻尼器,并将其应用于所选RAC混凝土三层框架模型之中。通过ANSYS有限元软件对其进行的地震作用下的结构时程响应分析。结果表明：新型SMA阻尼器是一种较为理想的被动耗能装置,能够有效的减小结构的位移、速度及加速度响应,减震效果明显。     

超弹性形状记忆合金棒力学性能的实验研究

对超弹性形状记忆合金(SMA)棒进行力学性能实验,研究了荷载循环、应变幅值和荷载频率对其滞回曲线以及耗能量、损耗因子、残余应变的力学参数的影响。结果表明,应力-应变曲线在循环加卸载中逐渐变化并趋于稳定;耗能量和损耗因子均随应变幅值的增加而增加,随荷载频率的增加而减小;稳定的SMA棒的超弹性、耗能能力和阻尼性能均较差,但其输出力较大,故可作为复位或限位装置用于土木工程中。     

新型自复位变摩擦耗能装置理论研究与数值分析

提出一种兼具自复位、变摩擦和高耗能于一体的新型自复位变摩擦耗能装置,通过合理的构造措施,将SMA弹簧、摩擦材料和型钢集成一体,由SMA弹簧实现复位功能,变摩擦机构提供耗能作用,基于SMA力学特性和库伦摩擦理论建立该耗能装置的恢复力模型,并利用MATLAB对其力学性能进行数值分析.结果表明:所建立的恢复力模型能够较好地描...     

Basic design guidelines for SMA/epoxy smart composites

The actuating ability and reliability of shape memory alloy (SMA) hybrid composites were studied in this paper. Results showed that by selecting small hysteresis SMAs such as TiNiCu alloy, SMA hybrid composites have a linear stress–temperature behavior, which is relatively easy to control. The curing process of the epoxy matrix does not affect significantly the actuating ability of the embedded TiNiCu alloy wires. A moderate prestrain of the TiNiCu wires is preferred when giving attention to both the mechanical properties and the reliability of the TiNiCu hybrid composites. Additional reinforcing fibers with a negative thermal expansion coefficient such as Kevlar fibers are helpful to strengthen the reliability of the interface and enhance the actuating ability of the SMA hybrid composites. Based on the experimental results, some basic guidelines for designing shape memory hybrid composites were proposed.     

基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法

通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。     

新型多维形状记忆合金阻尼器的试验研究

利用形状记忆合金设计了一种新型多维SMA阻尼器,该阻尼器能够将扭转运动转化为阻尼丝拉伸,从而提供拉压及扭转方向阻尼,该文详细介绍了该装置的构造及工作原理。试验研究了加载幅值、加载频率和初始应变对该阻尼器力学性能的影响,并采用改进的Graesser-Cozzarelli模型建立了阻尼器的理论模型,分别对其拉伸和扭转力学性能进行了数值模拟。结果表明,不同工况下的数值模拟结果与试验结果均吻合较好,验证了理论模型的有效性。     

Characterization of two friction interfaces for use in seismic damper applications

This paper describes an experimental research program on the friction interface characteristics for a new type of friction damper for use in seismic building applications. Two friction interface types (leaded-bronze against stainless steel and leaded-bronze against alloy cast steel) are subjected to a series of triangular and sinusoidal displacement loading waveforms. The test parameters include the loading frequency, displacement amplitude, number of cycles, and normal force applied on the friction interface. The experiments show that the dampers can provide predictable and consistent levels of energy dissipation that is largely independent of excitation displacement, frequency, and velocity for the ranges expected to occur during an earthquake. The results are used to determine the coefficient of friction for the dampers and to verify an analytical model for friction-damped precast concrete frame buildings.     

剪切阀式磁流变阻尼器动态特性实验研究

介绍了剪切阀式磁流变阻尼器的结构和工作原理,基于平板模型得出了其阻尼力的计算公式。对自行研制的剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力、电流、位移、速度和频率等动态特性进行了实验研究。结果表明剪切阀式磁流变阻尼器的阻尼力随控制电流的增大呈非线性增加,阻尼力可调系数随电流变化连续可调。在相同振幅下,阻尼器的可调倍数随频率增大而降低,阻尼力随振动频率的增大而增大。通过深入分析该型阻尼器的动力特性,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的应用奠定了基础。