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。     

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。     

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。     

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。     

基于大直径SMA棒材自复位装置的试验研究

基于一种国产大直径(D=25 mm)Ti Ni形状记忆合金(SMA)棒材研发了一种SMA自复位装置,首先开展了大直径SMA棒材的热处理和材料性能试验研究,然后以应用于框架-摇摆墙结构为例介绍了SMA自复位装置的概念设计思路和构造设计方案,最后通过试验研究了SMA自复位装置的力学性能和自复位性能。研究结果表明:热处理后SMA棒材具有良好的超弹性特性和自复位特性,应变幅值为6.00%和8.00%时卸载后残余应变均值分别为0.27%和0.94%;所研发的SMA自复位装置有效地实现了SMA棒材的受拉工作模式,充分发挥了SMA棒材的超弹性性能和自复位特性;SMA棒材的材料等效刚度高达1.25 GPa,可提供较大的恢复力,在土木工程领域具有广阔的应用前景。     

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。     

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。     

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。     

不同直径NiTi形状记忆合金棒材的超弹性试验研究

处于奥氏体相态的形状记忆合金在经历较大变形后仍然可恢复原状,这一特性称为超弹性。立足于工程应用,对直径分别为6 mm、12 mm和19 mm的三种NiTi形状记忆合金棒材在常温下的力学性能进行试验研究。主要考察其相变应力、残余应变和耗能能力等力学特征随应变幅值与循环次数等参数的变化规律。研究结果表明,在相同加载速率下,国产19 mm直径棒材的最大可恢复弹性应变约为2.5%,与国外大直径形状记忆合金棒材的超弹性水平尚存在差距;12 mm直径棒材的最大可恢复弹性应变约为5%,可以应用于钢结构节点,以获得自回复性能。应变幅值和循环次数对NiTi形状记忆合金棒材的力学性能有重要影响,在工程应用时应该予以考虑。     

基于形状记忆合金的力学性能试验研究

形状记忆合金因其独特的形状记忆效应和良好的超弹性性能,被视为结构减震控制的理想材料。文中通过研究形状记忆合金的基本力学性能,为开发研制新型SMA减震装置提供依据。针对影响形状记忆合金的主要因素:循环次数、应变幅值、加载速率等进行了试验研究,探讨其对形状记忆合金等效割线刚度、等效阻尼比、循环耗能等的影响。