新型双重自复位摩擦阻尼器试验及数值模拟

为提升阻尼器的复位性能,提出了由复位弹簧与形状记忆合金(shape memory alloy, SMA)组成的双重复位驱动体系,设计了新型双重自复位摩擦阻尼器,概述了其构造及工作原理。通过往复加载试验,考察了预紧力、加载位移幅值及复位弹簧组件刚度对阻尼器复位性能及耗能性能的影响;确定了阻尼器简化力学模型并进行数值模拟分析。结果表明：增大预紧力虽能提高阻尼器耗能性能,但同时增大了残余变形率;在预紧力和加载位移幅值较大的情况下,双重复位体系对阻尼器卸载后残余变形率的降低更加显著,有利于提升有高耗能需求的阻尼器的复位性能;简化力学模型与OpenSees有限元模拟得到的阻尼器滞回曲线、力学性能参数与试验结果吻合程度较高,验证了力学模型的准确性。通过有限元模拟分析了各功能部件对阻尼器整体性能贡献,分析结果反映了摩擦耗能装置对阻尼器整体耗能性能的贡献较好,并且复位弹簧对阻尼器复位性能的贡献随着预紧力的增大而愈加明显。     

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。     

基于形状记忆合金棒的自复位耗能装置数值分析

研发了一种基于形状记忆合金棒材的自复位耗能装置。通过对形状记忆合金棒进行循环拉伸试验,分析了SMA材料的超弹性性能与耗能能力,建立了SMA材料的分段线性伪弹性本构模型,与试验数据进行对比以验证其合理性;阐述了该装置的理论模型与耗能原理,并利用有限元分析软件进行了数值模型试验,分析结果表明:该自复位耗能装置在循环荷载作用下,具有稳定的滞回特性,且单位循环耗能量大,残余变形很小,表现出良好的自复位能力与耗能能力。     

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.     

自复位免修复摩擦耗能支撑性能研究EI北大核心CSCD

提出了一种新型自复位免修复摩擦耗能支撑,自复位和耗能能力分别由预应力钢绞线和摩擦阻尼器提供。设计并制作了缩尺比例为0.6的试验构件,对其进行了两种摩擦工况下的低周往复加载试验,研究其变形能力、滞回特性、耗能能力、塑性发展、索力变化以及自复位能力。同时利用ABAQUS软件对试验过程进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明,新型自复位免修复耗能支撑安装方便快捷,有着良好的耗能能力和自复位能力,加载过程中各构件均保持弹性状态,加载后期残余变形很小,支撑仍然保持较大的刚度,摩擦阻尼器中黄铜板的设置有效避免了摩擦面老化问题并提供了稳定的耗能能力,加载结束后支撑预应力钢绞线的索力降低很小,支撑仍然可以继续正常工作,实现了"自复位免修复"的设计目标,降低了建筑的修复成本。     

新型自复位黏弹性阻尼支撑力学性能研究

提出了一种新型的自复位黏弹性阻尼支撑(self-centering viscoelastic damping brace,SCVEDB),该支撑利用形状记忆合金的拉伸变形和黏弹性材料的剪切变形共同耗散能量,同时利用形状记忆合金的超弹性特性复位。设计和加工了SCVEDB最基本的模型,对该支撑试件进行了循环往复荷载作用下的力学性能试验,研究了位移幅值、加载速率、SMA丝数量、黏弹性材料的厚度对其性能的影响,同时通过割线刚度、耗散能量、等效阻尼比、自复位比4个参数量化分析了SCVEDB的力学性能。对SMA丝进行了循环拉伸试验,利用OpenSees平台建立了SMA的材料本构数值模型,然后将其与模拟黏弹性材料的Bouc-Wen模型并联,建立了该支撑的力学模型,进而模拟了支撑的力学性能,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

自复位免修复摩擦耗能支撑性能研究

提出了一种新型自复位免修复摩擦耗能支撑,自复位和耗能能力分别由预应力钢绞线和摩擦阻尼器提供。设计并制作了缩尺比例为0.6的试验构件,对其进行了两种摩擦工况下的低周往复加载试验,研究其变形能力、滞回特性、耗能能力、塑性发展、索力变化以及自复位能力。同时利用ABAQUS软件对试验过程进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比分析。研究结果表明,新型自复位免修复耗能支撑安装方便快捷,有着良好的耗能能力和自复位能力,加载过程中各构件均保持弹性状态,加载后期残余变形很小,支撑仍然保持较大的刚度,摩擦阻尼器中黄铜板的设置有效避免了摩擦面老化问题并提供了稳定的耗能能力,加载结束后支撑预应力钢绞线的索力降低很小,支撑仍然可以继续正常工作,实现了"自复位免修复"的设计目标,降低了建筑的修复成本。     

超弹性TiNi记忆合金螺旋弹簧的滞回性能实验研究

通过滞回性能实验研究了大尺寸Ti Ni形状记忆合金(Ti Ni SMA)螺旋弹簧用于结构振动控制的可行性。利用两种Ti Ni合金制作了大尺寸超弹性螺旋弹簧试件。对Ti Ni弹簧试件进行了单轴反复荷载作用下的力学实验,获得了其在不同加载条件下的恢复力-位移曲线。分析了不同循环加卸载次数、加载频率、位移幅值对两种Ti Ni弹簧的滞回环及等效刚度、单位循环耗能、等效阻尼比和残余位移4个力学参数的影响。研究结果表明,超弹性Ti Ni弹簧可提供较大的恢复力、位移以及稳定的复位性能,并具有一定的耗能能力,在工程结构自复位振动控制中具有较好的应用潜力较好。     

带有拼缝阻尼器的自复位预制双肢剪力墙的耗能能力研究

为提升自复位预制双肢剪力墙的耗能能力,针对预制双肢剪力墙提出了一种拼缝阻尼器,该阻尼器可适应接缝附近的大变形,帮助结构同时实现自复位和耗能的性能。通过拟静力试验,获得了该阻尼器的滞回曲线,验证了所提阻尼器具备良好的耗能性能;使用Opensees把阻尼器放入预制双肢剪力墙中进行数值分析,发现所提阻尼器在不降低结构原本自复位性能的同时,大大提升了结构的耗能能力。同时,耗能主要由拼缝阻尼器承担,结构自身的耗能和损伤较小,有利于实现结构在震后的快速修复。     

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...     

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。     

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。     

Self-centering of shape memory alloy fiber reinforced cement mortar members subjected to strong cyclic loading

In addition to ductility of the reinforced concrete, it is desirable to have large recoverable deformations (self-centering ability) under strong cyclic loading conditions. Since steel reinforcement cannot regain its shape beyond yielding, the performance deteriorates enormously when subjected to a strong cyclic load. An alternative reinforcement material such as shape memory alloy (SMA) could offer scope for self-centering, thus improving performance especially after a severe loading has occurred. In this study, the load-deformation characteristics of SMA fiber reinforced cement mortar beams under cyclic loading were investigated to assess the self-centering mechanism. The study involves experiments on a beam structure and related analysis for the prediction of self-centering. Apart from the energy dissipation through its ductility, it is shown in this study that shape memory alloy reinforced cement mortar has very good self-centering properties that may be crucial in bringing back the functionality of a structure and prevention of permanent secondary deformations that may lead to catastrophic failure in some structures.     

利用SMA开发耗能阻尼器的实验研究

形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简记为SMA)是一种新型的智能材料,除了具有形状记忆效应(Shape Memory Effort,简记为SME)外,还拥有相变伪弹性(Pseudo-Elasticity,简记为PE)性能和高阻尼耗散因子的性能。文章基于SMA的相变伪弹性的力学原理,设计并制作了SMA耗能器,并对器件进行了性能测试。结果表明,(1) SMA耗能器具有非常显著的阻尼耗能性能,平均等效粘滞阻尼比最大可达到33.56%,最小也有14%,能较好地满足结构被动耗能振动控制的要求;(2) SMA耗能器的阻尼性能与加载频率有关,在低频加载时阻尼性能较好,但随着加载频率的提高,阻尼性能逐步下降;(3) SMA耗能器的阻尼性能与最大行程的大小有关,当最大行程过小或过大时,其等效粘滞阻尼比较小,当最大行程为极限行程的1/2大小时取得最大等效粘滞阻尼比;(4) 在多次循环加载时,器件的应力应变滞回曲线具有整体向上的漂移现象,吻合了其他学者进行的SMA材料试验结果,这一现象的发现提高了此次研究中检测到的试验数据结果的可信度;(5) 实验结果与理论分析结果吻合程度较好,表明器件的设计是合理的、加工制作的工艺满足了理论要求。     

基于形状记忆合金的新型消能减震装置抗震性能研究

本文首先通过形状记忆合金的材性试验研究了形状记忆合金的超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其设计参数,并详细介绍了分析计算时所采用的形状记忆合金的本构模型。然后,针对框架结构的变形特点,提出了一种基于形状记忆合金的消能减震装置,即在底层框架柱的反弯点附近设置锚固装置,形状记忆合金索的上端固定在锚固装置上,将其下端锚固在地下,在震时通过其来回反复变形耗散地震能量。然后通过有限元程序对设置形状记忆合金索的新型框架与普通框架进行静力推覆分析和低周反复分析,研究表明新型框架不仅屈服承载力和极限承载力高于普通框架,而且其滞回环更加饱满,累积塑性滞回耗能能力提高了41.4%,形状记忆合金索的滞回环也很饱满,具有优良的耗能能力,最后,还比较了对角设置形状记忆合金索的框架的耗能能力与本消能减震装置的耗能能力。因此该消能减震装置在减轻框架柱震害方面具有一定的工程应用价值和前景。     

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。     

一种新型自复位SMA支撑的抗震性能试验研究

有效提高支撑的延性和耗能能力以及减小支撑的残余变形,是提高建筑结构抗震性能和震后功能恢复能力的重要手段之一。该文基于形状记忆合金(SMA)的自复位性能和滑移螺杆摩擦耗能等思想,提出一种抗震性能良好和自复位能力强的新型自复位SMA支撑。对五个不带SMA的支撑和六个自复位SMA支撑进行低周往复加载试验研究,得到了支撑的滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力、承载能力和自复位能力等抗震性能指标。试验结果表明:所提出的自复位SMA支撑具有良好的耗能能力、承载能力、延性及自复位能力,整个试验过程中各板件未达到屈服,且SMA可复位至初始状态,无任何构件发生损伤;各自复位SMA支撑试件的滞回曲线均较饱满且大致呈现旗帜型,最大自复位率达到93.7%。所提出的自复位SMA支撑具有良好的抗震性能,可作为自复位阻尼器使用。