工程结构的SMA超弹性减振技术及其应用研究

介绍了形状记忆合金 (SMA)超弹性减振技术的减振机理 ,研制一种性能良好的SMA超弹性阻尼器 ,介绍了其工作原理及性能测试试验结果。将该阻尼器安装在斜拉桥模型上 ,进行了斜拉桥模型振动试验。试验结果表明 ,该阻尼器的耗能效果明显 ,在工程结构振动控制方面具有比较好的应用前景     

设置超弹性SMA阻尼器的框架结构地震反应分析

将超弹性形状记忆合金 (SMA)阻尼器应用于框架结构的被动控制中。给出了超弹性形状记忆合金简化的本构模型 ,建立了结构 -阻尼器体系的力学分析模型及其一般方程 ,通过模型结构在地震作用下的控制仿真分析和对比 ,验证了SMA阻尼器用于结构被动控制所具有良好的控制效果     

基于形状记忆合金阻尼器的混凝土框架结构减振分析

针对形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性,利用其超弹性制成的形状记忆合金阻尼器性能优良的耗能减振装置,可以有效地控制结构的动力响应.本文采用ANSYS通用有限元软件,分别建立无阻尼器混凝土框架结构和在相应框架结构各层角点处加形状记忆合金阻尼器两种不同的模型,进行模态分析,再数值模拟加载地震波载荷作用下结构的瞬态动力响应.模态分析结果表明,形状记忆合金阻尼器作为一种记忆和超弹性材料对混凝土框架结构具有良好的减振效果,与理论结果一致.在加阻尼器的单元上,固有频率增大,刚度增大,整体框架结构刚度矩阵减小,同时,通过调整阻尼器的位置,可以明显改变刚度大小,说明阻尼器具有明显的耗能减振效应.瞬态分析计算结果表明,加形状记忆合金阻尼器模型各层位移时程曲线都有不同程度的减小,振幅也有不同程度的衰减;其中位移最大值比无阻尼器模型减小了42%,振幅衰减了31%.但跟其他粘弹性阻尼器比较,形状记忆合金阻尼器作为一种优质高价材料,在混凝土框架结构中的减振效果无明显优势.通过对计算结果的分析,预计该阻尼器适用于大变形钢结构体系.     

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。     

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。     

形状记忆合金超弹性特性试验研究

对形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的超弹性特性进行了试验研究,得到了SMA的超弹性特性随环境温度、循环加载圈数以及加载频率等因素的变化规律,为进一步开发SMA被动阻尼器奠定了基础。     

形状记忆合金被动阻尼器及结构地震反应控制试验研究和分析

利用形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)的超弹性特性,本文提出了一种新型SMA阻尼器,将其安装在结构层间,抵抗结构地震作用。通过对阻尼器的构造设计,使其中的NiTi丝在结构振动过程中始终处于受拉状态,避免了合金丝的受压屈曲。文中首先针对一种直径为1.2mm的NiTi丝的超弹性特性进行了性能试验。试验结果表明,NiTi丝的超弹性滞回特性受其加载频率及循环圈数的影响,但当加载频率大于2Hz,加载循环圈数大于15圈后,该丝的超弹性滞回曲线趋于稳定。然后,将本文提出的SMA阻尼器安装在一个5层钢框架结构模型上进行了地震模拟振动台试验,验证了该SMA阻尼器可以有效减小结构的地震反应。最后,采用自回归(ARX)模型对无控和有控结构建模,分别采用最小二乘法和Kalman滤波法识别得到了无控结构和有控结构的ARX模型的参数,并由此进一步分析得到了无控和有控结构的各阶模态参数。     

新型形状记忆合金阻尼器参数对古塔结构减震效果影响分析

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。探讨了基于该新型SMA阻尼器对古塔进行抗震加固的被动控制系统的设计方法,编制了该阻尼器在地震下的弹塑性分析程序,采用该程序,分析了该阻尼器的设计参数对古塔结构非线性地震反应减震效果的影响,为SMA阻尼器被动控制系统在古塔等类似古建筑结构中的实际应用和设计提供借鉴。     

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。     

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。     

SMA耗能阻尼器的连续刚度力学模型研究

基于大量SMA耗能阻尼器力学试验,根据阻尼器工作时刚度渐变的特点,提出了连续刚度力学模型,建立了SMA耗能阻尼器性能参数的简易计算公式,给出了相关参数的计算方法并分析了对SMA耗能阻尼器性能参数计算结果的影响。试验分析结果表明:1)连续刚度力学模型滞回曲线与试验滞回曲线相吻合,适用于SMA耗能阻尼器的力学研究;2)应用SMA耗能阻尼器性能参数简易公式计算的阻尼器性能参数值与试验值的误差小于7%。     

基于形状记忆合金拉索的框架结构地震响应分析

形状记忆合金作为一种集传感和驱动于一身的新型功能材料,在结构被动控制领域发挥着越来越重要的作用。文章介绍了形状记忆合金的基本特性和本构模型,仿真了形状记忆合金拉索对框架结构实施被动控制的效果,结果表明形状记忆合金具有明显的阻尼特性,可以显著地抑制结构的地震反应。     

剪刀型SMA阻尼器在钢框架结构减震中的应用研究

结合SMA阻尼器的优点,利用剪刀型安装机构将SMA阻尼器安装于钢框架结构,用有限元分析软件SAP2000对装有SMA阻尼器的5层框架结构进行了减震效果的模拟与分析,探索了SMA阻尼器安装位置和安装方式对减震效果的影响。计算结果表明,剪刀型SMA阻尼器具有良好的减震效果。     

SMA阻尼器设计及框架结构地震反应控制分析

采用SMA(Shape Memory Alloy)旗帜型恢复力模型,深入分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度4个参数对SMA阻尼器耗能系数的影响规律;分别建立了预变形、拉伸位移与耗能系数的关系式,并提出SMA阻尼器刚度和长度的确定方法.在分析结果的基础上,设计了一种新型超弹性SMA阻尼器.为了验证SMA阻尼器的减震...     

形状记忆合金耗能阻尼器设计的理论方法

形状记忆合金是近期发展起来的新型功能材料 ,在土木工程中的应用尚处于起步阶段。以Brinson本构模型为理论依据 ,建立了阻尼器的热力学非线性方程及其求解方法 ,并利用MATLAB编制的计算机软件进行了实例仿真。计算结果表明 ,形状记忆合金阻尼器具有较强的耗能能力。由于形状记忆合金在不发生塑性变形的情况下可以获得较大的滞回变形 ,所以它是地震工程被动控制的理想材料     

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...     

SMA复合摩擦阻尼器在网架结构中的减振效果分析

将SMA复合摩擦阻尼器用作空间网架结构的耗能减振装置,探讨了其在空间结构中的减振控制分析方法。介绍了SMA复合摩擦阻尼器的工作原理和理论模型,建立了网架结构减振控制的运动方程。地震作用下某网架结构减振控制的数值模拟结果表明,SMA复合摩擦阻尼器可有效降低结构地震响应,较之纯摩擦阻尼器和纯SMA阻尼器,减振效果更为优良。     

Modelling of a self-centring damper and its application in structural control

A self-centring SMA damper which shows no residual deformation and moderate energy dissipating capacity is appealing in its potential for seismic design application. The damper examined in this study consists of a re-centring components group and an energy dissipating components group. By using the Bouc-Wen model to describe the energy dissipating group and rigid-elastic model to represent the re-centring group, a new method for the mathematical modelling of the damper has been developed. To validate the feasibility of the proposed SMA damper model, numerical analyses of the damper under sine wave excitations were conducted by programming in the Matlab/Simulink environment. The simulation results of the proposed mathematical model of the SMA damper compare well with those based on a material constitutive model. Furthermore, the SMA damper was applied to two case studies of steel frames under earthquake acceleration excitations and the corresponding time-history analyses were implemented in Matlab/Simulink environment by using the proposed damper model. The results show that the damper is capable of mitigating both floor displacement amplitude and inter-storey drift. For the first floor of the controlled frames in the two case studies, inter-storey drift reductions of 33% and 35%, respectively, were observed in comparison with those of the uncontrolled frames. The results also indicate that the controlled frames vibrate around their initial position, and that there is no residual deformation of the SMA damper.