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。     

新型自复位变摩擦阻尼器力学性能研究

本文提出了一种兼具自复位、变摩擦和高耗能于一体的新型自复位变摩擦阻尼器,其自复位功能由碟簧实现,变摩擦机构提供耗能作用.基于该阻尼器独特的构造形式推导了其恢复力模型,并利用MATLAB中的Simulink工具箱建立其动态仿真模型,并引用他人试验数据对比验证.结果表明:所建立的动态仿真模型能够较为准确地计算出阻尼器的恢复...     

具有耗能时序的变摩擦自复位阻尼器滞回性能研究

综合形状记忆合金（shape memory alloy,SMA）材料和摩擦机制的优点,提出了一种具有耗能时序的变摩擦自复位阻尼器（self-centering variable friction damper with energy-dissipation sequences,SVFDES）。首先说明了SVFDES的构造设计及变形模式,开展了SMA棒的循环拉伸试验研究以确定材料的力学参数。之后利用经试验验证的数值模拟方法建立了SVFDES的精细化有限元模型,通过参数分析识别并研究了影响该阻尼器滞回性能的关键参数。最后通过对阻尼器的隔离体进行受力分析,推导了阻尼器滞回行为的理论计算公式。结果表明：（1） SVFDES在往复荷载作用下兼具自复位能力和耗能能力,并且呈现出“变摩擦”、“变刚度”的特征;（2）阻尼器的滞回行为对摩擦副的几何构形、摩擦面的摩擦系数较为敏感,而与SMA元件的预紧力弱相关;（3）理论计算公式和数值模拟的结果较为吻合。     

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。     

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。     

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。     

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。     

木质变摩擦阻尼器滞回性能的试验研究与理论分析

基于对摩擦阻尼器材料及构造的改进,研制了一种木质变摩擦阻尼器。对9个不同参数的木质变摩擦阻尼器试件进行了低周反复荷载试验,研究了阻尼器的滞回性能,分析了摩擦块的坡度、螺栓预紧力等因素对阻尼器耗能性能的影响。根据木质变摩擦阻尼器的构造特点及工作原理,建立了其力学分析模型,确定了适用于该摩擦阻尼器的滞回规则和相应的滞回模型,并利用试验数据对滞回模型进行了验证。研究结果表明：木质变摩擦阻尼器的输出力在大变形时显著提升,滞回曲线较为饱满,具有分阶段耗能的特点,表现出稳定且良好的耗能性能;木质变摩擦阻尼器的耗能能力与木质摩擦块坡度和螺栓预紧力呈正相关。建立的滞回模型能较准确地反映木质变摩擦阻尼器的工作性能,理论与试验滞回曲线吻合较好。     

装配式自复位剪切型铅阻尼器抗震韧性试验研究

电力系统的抗震韧性是韧性城市建设的核心之一，研发高强度瓷、瓷的替代材料以及附加减隔震元件是提高瓷柱式电气设备抗震韧性的重要手段。以典型高柔型电气设备为研究对象，研发了适用于该类电气设备的装配式自复位剪切型铅阻尼器，对阻尼器核心元件——形状记忆合金棒材及装配式剪切型铅阻尼器进行了滞回性能试验，研究了主耗能环长度对装配式剪切型铅阻尼器力学性能的影响。试验结果表明：形状记忆合金棒材的等效阻尼比介于4%～11%之间，其位移恢复率超过60%,具有很好的复位能力；附加耗能环可以提高装配式剪切型铅阻尼器的耗能稳定性，通过阻尼器及其核心元件滞回性能的对比，验证了装配式自复位剪切型铅阻尼器具有形状记忆合金阻尼器高复位能力和装配式剪切型铅阻尼器高耗能能力等的综合特性，为电气设备的抗震安全性提供有效依据。     

弯剪复合分级屈服阻尼器设计与力学分析

为提升弧形钢板阻尼器的耗能能力,调整阻尼器的刚度,提出一种弯剪复合分级屈服阻尼器。借助有限元分析软件ANSYS建立21组模型试件,通过对数值结果的统计分析,总结复合阻尼器中软钢棒直径、弧形钢板半径及宽度和厚度等参数对阻尼器耗能性能的影响规律,并给出了复合阻尼器各项设计参数的建议取值,同时结合对单体耗能构件的数值分析,提出了弯剪复合分级屈服阻尼器的三线性恢复力模型并对其进行验证。研究结果表明：弯剪复合分级屈服阻尼器的初始刚度随软钢棒直径的增大而上升,其耗能能力随软钢棒直径、弧形钢板半径以及厚度的增大而增加,复合阻尼器的二级屈服位移随弧形钢板半径和厚度的增大而减小;所提恢复力模型最大相对误差不超过8%,可准确描述该复合阻尼器的力学性能。     

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。     

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。     

新型自复位变摩擦阻尼器力学性能研究

研制了一种新型自复位变摩擦阻尼器。该阻尼器由圆柱螺旋压缩弹簧和耗能摩擦单元串联而成,通过铣削钢板实现变摩擦力,并控制圆柱螺旋压缩弹簧的预压力大于摩擦单元的最大输出力,实现自复位功能。本文对该阻尼器进行了拉压循环力学试验,并分别研究了扭矩、位移幅值和加载频率对其滞回曲线和力学参数(单位循环耗能、割线刚度、和等效阻尼比)的影响。利用ABAQUS有限元分析软件建立了实体单元模型,并对其进行了数值模拟。数值模拟结果与试验结果吻合较好,证明了试验结果的正确性。     

偏心结构自复位复合摩擦阻尼器平扭耦联震动控制振动台试验研究

研制开发了一种新型自复位形状记忆合金复合摩擦阻尼器（HSMAFD）,该新型阻尼器由超弹性形状记忆合金丝和摩擦装置复合而成,并通过模型试验研究了新型阻尼器在循环荷载作用下的力学性能。制作了一个三层两跨单向偏心钢框架缩尺模型,进行了新型阻尼器偏心结构平动及扭转耦联震动反应振动台试验。考虑了不同考虑场地条件对结构地震反应的影响,对比分析了无控结构和装有新型阻尼器有控结构的震动反应。研究结果表明,新型超弹性形状记忆合金复合摩擦阻尼器对结构的平动及扭转角位移均有一定的控制效果,但场地条件对控制效果有较大的影响。     

具有线性滞回阻尼特征的双压簧变摩擦阻尼器性能试验和有限元分析

为使减震装置具有线性滞回阻尼(Reid模型)特征,根据摩擦耗能原理提出一种新的减震装置——双压簧-平板式变摩擦阻尼器。该阻尼器主要包括摩擦板、固定板、端板、中间滑动轴、定位板、摩擦楔形块、挤压楔形块以及压缩弹簧,其中,两个挤压楔形块与两个摩擦楔形块组成一个摩擦组件。其基本原理是通过左右两组由摩擦组件与压缩弹簧连接组成的摩擦构造循环往复运动挤压摩擦侧板,改变摩擦力的大小,从而实现阻尼力与位移线性变化,实现线性滞回阻尼特征。介绍了该类阻尼器的性能试验,并推导了其恢复力模型的等效阻尼比的计算式,结果表明:利用ABAQUS软件对该阻尼器进行的数值模拟与理论公式、性能试验结果吻合较好,初步验证了其构造方案是可行的。     

新型阻尼器凸轮式响应放大装置的#br# 作用机理与恢复力模型

针对现有阻尼器响应放大技术的不足，提出一种新型阻尼器凸轮式响应放大装置，介绍该装置的构造及作用机理，推导该装置的恢复力计算公式，给出理论恢复力模型以及位移、速度、力等响应放大的计算公式；推导串联黏滞阻尼器的凸轮式响应放大装置的恢复力计算公式，进行伪静力试验与理论公式的对比。结果表明：装置凸轮式往复运动的特点能够保证串联阻尼器的位移在各级地震作用下均不会失效；所具备的响应放大效应能够充分发挥阻尼器的耗能能力，可以通过组合使用小吨位阻尼器达到直接安装大吨位阻尼器相同的耗能效果，从而取得显著的经济效益，在建筑、桥梁等结构振动控制领域具有良好的研究和应用前景。     

多级变频复合摩擦摆-隔震支座的力学性能和隔震效果研究

为避免摩擦摆隔震结构与上部结构发生共振破坏,研制出具有变曲率变摩擦系数圆弧滑动面的多级变频摩擦摆隔震支座。在阐述其力学性能和隔震机理的基础上,通过动力平衡方程分析得出该多级变频摩擦摆隔震支座的自振周期只与该摩擦摆摩擦系数μ、弧面半径R及摩擦摆水平限度位移有关。加工出实体模型,通过试验测试其恢复力模型和摩擦系数等力学性能;采用ABAQUS有限元软件对一栋安装此隔震支座的6层框架结构进行模拟分析,对比在地震作用下,隔震前后结构的动力响应。研究表明:多级变频摩擦摆具有良好的稳定性、变频能力、自限及自复位能力,且适应多级隔震,无需单独设置阻尼器,结构简单,应用方便,隔震效果良好。     

一种新型钢管橡胶摩擦耗能器的恢复力模型

提出一种新型钢管橡胶摩擦耗能器,对设计制作的两种不同构造形式的耗能器试件进行不同加载速率、加载幅值和疲劳条件下的低周反复加载试验,并基于试验结果建立了恢复力模型。结果表明:钢管橡胶摩擦耗能器滞回曲线饱满,耗能良好;耗能器速率相关性和位移相关性明显,其耗能能力随着加载速率的增大而减弱,随着滑移位移的增大而近似线性增强;在耗能器的摩擦橡胶块内增设帘布能够使其保持较强且稳定的耗能能力;建立的恢复力模型能够较为准确地模拟耗能器的滞回特性。     

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...     

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。