基于SMA阻尼器的长拉索系统振动控制研究

 基于形状记忆合金（SMA）的超弹性性能开展了以下研究：①设计研制了一种拉压型SMA 阻尼器,并通过试验得到了SMA 阻尼器的特征参数,进一步研究了SMA 阻尼器初应变、加载位移行程与阻尼器等效刚度、等效阻尼比以及耗能能力间的关系;②根据Hamilton原理,推导了SMA阻尼器 长拉索系统的非线性振动微分方程,并通过试验验证了理论推导的正确性;③研究了自由振动下SMA阻尼器对长拉索位移以及加速度响应的影响。研究结果表明,SMA 阻尼器对长拉索具有明显的减振效果,可以有效减少拉索的振动位移以及加速度幅值,大幅度提高了长拉索振动衰减速度。     

SMA阻尼器力学特性的初步试验研究

设计并制作了伸缩式形状记忆合金耗能阻尼器(简记为SMA—SDTEDD)，并对此器件进行了实验研究，得出了一批阻尼效果极为显著的实验结果．对试验数据的分析表明：SMA—SDTEDD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；SMA—SDTEDD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；SMA—SDTEDD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；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；实验结果与理论分析结果吻合程度较好．     

一种超弹性SMA复合阻尼器的设计与试验

根据形状记忆合金(SMA)的超弹性特性,设计、制造了一种SMA复合摩擦阻尼器,该阻尼器利用SMA超弹性阻尼与SMA丝的约束作用使阻尼器内部产生摩擦来共同耗散振动能量.介绍了阻尼器的结构构造及工作原理.通过试验研究了加载频率、位移幅值对阻尼器力学性能的影响.试验结果表明,在试验频率范围内,阻尼器的刚度、输出力、耗能等主要力学参数随加载频率的改变而变化较小;位移幅值是影响这些力学参数的主要因素,当阻尼器在小位移的情况下,其刚度变化较小,而输出力和耗能与位移基本成线性关系.但在大位移的情况下,阻尼器的输出力变化较小,而其割线刚度减小,耗能有大幅度的增加.分析表明,该SMA复合阻尼器是一种位移相关性的变刚度阻尼器.     

新型SMA-粘滞阻尼器的试验研究

 研究了常温下NiTi形状记忆合金（SMA）丝的超弹性性能以及在不同加载频率下的滞回性能,获得了其力学参数;基于NiTi SMA丝和成品粘滞阻尼器设计研制了一种新型SMA-粘滞阻尼器,并通过试验研究了SMA-粘滞阻尼器加载频率与耗能能力、等效阻尼比、等效刚度间的关系。研究结果表明,所研制的SMA-粘滞阻尼器具有优良的耗能能力,适合于长周期结构的振动控制。     

NiTi形状记忆合金丝拉伸试验研究

通过对常温下的NiTi形状记忆合金丝进行拉伸试验,研究这种形状记忆合金材料的超弹性能力和加卸载循环下的耗能能力.根据试验结果分析应变幅值、加载频率和循环次数对这种记忆合金材料在奥氏体状态下加卸载循环时的等效刚度、单位循环的耗能能力和等效阻尼比的影响,并对三个特征参数随工作温度变化的规律进行了理论分析,为形状记忆合金阻尼器在工程结构中的应用奠定基础.     

SMA金属橡胶阻尼器的减振性能及其在防高墩桥梁地震碰撞中的应用

通过伪静力试验探讨了加载频率和位移幅值对形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)金属橡胶阻尼器中SMA金属橡胶元件的刚度和阻尼特性等力学性能的影响,结果表明,SMA金属橡胶刚度随加载频率和位移幅值的增大而增大,能量耗散系数Ψ基本不受加载频率影响但随位移幅值的增大而减小。通过地震模拟振动台试验探讨了SMA金属橡胶阻尼器的减振效能,然后针对高墩桥梁,在考虑行波效应的地震多点激励作用下,对比分析未设置和设置防碰撞阻尼器的高墩桥梁非线性地震反应,研究其在地震作用下的控制效能,结果表明,防碰撞阻尼器可以有效防止主梁与主梁之间以及主梁与挡块之间的地震碰撞,并限制了桥墩的位移,从而减轻桥墩的地震破损,因此在高墩桥梁碰撞位置(伸缩缝处或接缝处)设置防碰撞阻尼器有助于提高桥梁整体抗震性能,但设置防碰撞阻尼器有可能增加主梁地震破损的可能性以及桥梁支座反应的不确定性。     

新型耗能增强型SMA阻尼器设计和滞回耗能性能分析

通过形状记忆合金的材性试验研究其超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其计算参数.提出一种新型耗能增强型SMA阻尼器,说明其构造,阐述其工作原理和设计要点,并介绍阻尼器的设计方法,推导阻尼器的恢复力模型.通过有限元程序对设置该阻尼器的多层钢框架、对角设置SMA拉索的多层钢框架、普通钢框架进行低周反复分析,对比研究了该阻尼器的消能减震能力.研究结果表明:该阻尼器的滞回环非常饱满,耗能能力强,优于对角设置SMA拉索的耗能效果,因此,该新型耗能增强型SMA阻尼器在消能减震领域具有良好的应用前景.     

单层球面网壳的粘弹性阻尼器减震控制参数分析

通过数值计算方法,分析了粘弹性阻尼器的特征参数对减震效果的影响规律. 考虑阻尼器的等效刚度系数不变而等效阻尼系数改变和等效阻尼系数不变而等效刚度系数改变两种情形,并分别选取加速度峰值为70 gal和400 gal的El-Centro波、Taft波和天津波作用于无控和受控单层球壳, 利用ANSYS进行非线性动力时程分析,得到球壳受控前后的最大节点位移、杆件的最大轴力、最大支座反力以及不同阻尼器参数情形下的减震系数. 结果表明:阻尼器参数决定减震效果的好坏;不同地震波作用下的减震规律有所不同;罕遇地震作用下减震效果更明显.     

基于SMA阻尼器的大跨桥梁地震位移控制分析

通过超弹性形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)拉伸试验研究,建立了SMA四折线本构模型.利用SMA超弹滞回耗能特性,提出一种拉压型SMA阻尼器,并给出其最大输出控制力的计算公式.针对某七跨连续刚构桥,分析了桥梁伸缩缝在无限位器、安装钢棒限位器和安装超弹性SMA阻尼器3种情况下的地震位移.结果表明:安装SMA阻尼器后,伸缩缝处相对位移降低80.3%,中跨跨中水平位移和竖向位移分别降低78.8%和65.9%.因此,SMA阻尼器可以有效控制桥梁结构地震位移,对桥段相对位移的控制效果优于钢棒限位器.     

新型耗能增强型形状记忆合金阻尼器减震性能研究

首先通过形状记忆合金的材性试验研究了其超弹性变形性能,并将其等效拟合为多线性模型,得到其计算参数.然后,提出了一种新型耗能增强型SMA阻尼器,说明了其构造,阐述了其工作原理和设计要点,推导了阻尼器的恢复力模型.最后通过有限元程序对设置该阻尼器的多层钢框架、对角设置SMA拉索的多层钢框架、普通钢框架进行了地震时程分析,对比研究了该阻尼器的消能减震能力.结果表明该阻尼器的滞回环非常饱满,耗能能力强,大震下对结构的位移和层间位移角控制效果显著.     

射频击穿场强与CO_2激光器等效放电电阻的计算

根据气体放电理论，从高频下粒子平衡方程着手，导出气体放电击穿场强的表达式，并将放电等离子体模拟为具有电阻和电感的射频负载，从而导出放电等离子体等效电阻的表达式，以此计算出气体放电击穿场强和等效电阻的数值。     

基于能量的大跨结构的旋涡脱落共振实用分析

采用基于最大位移时能量相等原理，首次建立了振动过程中等效线性化法的弹性模量修正公式进行实用分析。以受拉二力杆单元取代索的单元的准线性结构采用试算法计算出结构横风向共振 的临界风速，并与原含索非线性结构用ANSYS程序进行时程分析的数值结果进行了比较。结果表明，采用以模量修正的受拉二力杆单元取代索单元的准线性结构精度良好，试算临界风速时的工作量显著减少，为类似问题提供参考。     

基坑开挖引起变形的简化预测方法

以带有半圆形基坑开挖边界的弹性半平面应力解为基础,根据重量等效原则,推导实际工程中常见的矩形基坑开挖边界的弹性半平面应力解.采用广义虎克定律,推导坑底回弹量估算公式,以及基坑周围土体的竖向位移和水平向位移估算公式,并采用plaxis有限元软件进行建模分析验证该估算公式的合理性.最后将文中提出的估算方法的计算结果与工程实...     

基坑开挖引起变形的简化预测方法

以带有半圆形基坑开挖边界的弹性半平面应力解为基础,根据重量等效原则,推导实际工程中常见的矩形基坑开挖边界的弹性半平面应力解.采用广义虎克定律,推导坑底回弹量估算公式,以及基坑周围土体的竖向位移和水平向位移估算公式,并采用plaxis有限元软件进行建模分析验证该估算公式的合理性.最后将文中提出的估算方法的计算结果与工程实测数据及按简单视为等重量卸荷的分层总和法等传统估算方法结果进行对比,进一步验证该估算方法的合理性.     

幂函数剖面薄圆环振子的扭转振动特性

对剖面厚度按幂函数变化的薄圆环振子的扭转振动进行了理论分析,导出了其等效电路;进而由等效电路得出了扭转振动频率方程及共振频率表达式;探讨了环形振子第1、第2阶共振频率及角位移放大系数与其半径比的关系;给出了薄圆环振子第1、第2阶共振频率及放大系数与其半径比的拟合关系曲线．通过有限元（FEM）模态的分析,表明理论结果与FEM仿真结果吻合,对环形扭转振子的工程设计具有参考价值．     

SRB与LRB隔震连续梁桥地震响应对比研究

为研究SRB与LRB隔震连续梁桥地震响应的差别,根据G-C模型模拟SMA丝的热力学本构关系,采用Bouc-Wen模型模拟LRB力-位移的滞回非线性特性,通过对结构的离散建立了全桥有限元计算模型,分别编制了求解SRB和LRB隔震结构非线性运动方程的时程分析程序.利用自编程序并结合算例对不同地震激励下的非隔震、SRB和LRB隔震模型进行了时程对比分析.分析结果表明:在非低频脉冲波激励下,采用SRB与LRB隔震,梁体位移虽被放大但均在限值范围内,其它关键部位的地震响应均明显降低;在低频脉冲波激励下,SRB的隔震效果同样显著,但LRB隔震桥梁的地震响应比隔震前有明显放大,梁体位移超出了限值范围.