新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系设计方法

考虑几何非线性采用ANSYS有限元软件对一种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系（采用防屈曲支撑（BRB）代替Pall型摩擦阻尼器（PFD）的普通支撑）的滞回特性进行分析.首先进行了Pall型普通支撑体系和Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的滞回性能对比分析,结果表明,防屈曲支撑在拉压循环荷载作用下均能达到屈服,拉压承载力基本一致,耗能能力优于普通支撑.然后分析了防屈曲支撑刚度、Pall型阻尼器起滑摩擦力、阻尼器的大小以及防屈曲支撑与水平方向的倾角等因素对体系滞回特性以及支撑内力的影响.结果表明,Pall-BRB支撑体系比Pall型普通支撑体系有更好的耗能性能,支撑内力变化不大且在阻尼器起滑后保持为常数,有利于抗震设计;防屈曲支撑最大内力与起滑摩擦力关系密切,起滑摩擦力越大,体系耗能能力越强,支撑越能充分发挥作用.最后提出了这种新型Pall-BRB摩擦阻尼支撑体系的设计方法.     

PEC柱钢梁摩擦耗能部分自复位组合框架抗震性能数值模拟

为更好满足建筑结构不同抗震性能化设计目标,对已有自复位连接节点弯矩-转角关系进行改进,提出摩擦型耗能部分自复位连接设计思路。利用ABAQUS软件设计了5榀卷边PEC柱-钢梁摩擦耗能型部分自复位连接组合框架模型试件,并对其在往复荷载下的抗震性能进行了数值模拟。基于模拟数据,对比分析柱顶竖向力、摩擦板长圆孔孔径、柱脚边界条件和摩擦板翼缘螺栓布置方式等设计参数对试件滞回性能、抗侧刚度退化、残余变形、耗能能力等抗震性能的影响规律。结果显示:卷边PEC柱满足自复位结构对竖向构件承载力及抗侧刚度的要求;摩擦板长圆孔孔径合理设置可控制摩擦滑移耗能和连接转化为承压型传力模式的发展进程,从而实现结构不同抗震性能化设计目标;摩擦板内外侧翼缘均布置高强对穿螺栓的实际工程做法可更好发挥部分自复位连接的自复位和耗能减震功效;柱脚边界条件对结构受力进程和刚度分配影响显著,柱底与基础梁刚性连接的试件承载力、抗侧刚度和耗能减震远高于柱底铰接试件;柱顶竖向力在大侧移情况下的二阶效应对试件承载力和自复位功效产生较小的不利作用。     

耗能梁长度对自复位Y型偏心支撑钢框架力学性能的影响

为研究形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)耗能梁长度对自复位Y型偏心支撑钢框架滞回性能及复位效果的影响,基于理论分析建立了剪切型SMA耗能梁最小长度的计算公式以及确保此类结构出现理想塑性机制的保障措施;并采用ANSYS建立了4个不同耗能梁长度的自复位Y型偏心支撑钢框架的精细化有限元模型,进行了滞回性能分析,对比了各算例的滞回性能、水平承载力、抗侧刚度、耗能能力、复位效果及SMA耗能梁腹板的应力分布.研究结果表明:耗能梁最小长度计算公式可确保耗能梁在超弹性范围内工作;理想塑性机制保障措施可提高结构复位效果;剪切型耗能梁较弯剪型水平承载力高、抗侧刚度大、耗能能力强、连接构造简单、材料利用率高;耗能梁类型对此类结构的复位效果影响不大.因此,耗能梁宜设计为剪切型,但不宜过短,需满足最小长度限值要求.     

铰接钢框架自复位耗能支撑子结构抗震性能试验研究

为了研究安装自复位耗能装置的铰接钢框架支撑结构的抗震性能,设计制作了一榀1:2缩尺的两层单跨平面铰接钢框架自复位耗能支撑子结构.通过低周反复加载试验,对其屈服荷载、延性、耗能及复位性能等抗震性能进行了研究.结果表明,随着加载幅值的增大,子结构耗能和变形回复率均逐渐增大.该子结构的自复位耗能装置可充分发挥其耗能和自复位作用,其余各构件均处于弹性状态,加载结束后结构未发生破坏,间隙是引起加载初始阶段刚度偏小的主要原因.该子结构的效能比约为0.53,变形回复率在90％以上,具有较好的耗能能力、自复位性能、延性和抗侧移能力.     

改进型减震自复位负刚度机构抗震机理数值模拟

为了进一步改善既有负刚度机构的抗震性能,开发了增设与预压弹簧并行的辅助耗能元件的改进型减震自复位负刚度机构。以负刚度机构中预压弹簧刚度和预压位移作为设计参数设计了5个足尺试件,并采用商业有限元软件ABAQUS对其在水平低周往复荷载下的抗震机理进行了数值模拟。基于模拟数据处理,对其滞回特征、水平抗侧刚度和耗能能力等性能进行了对比分析。结果显示,预压弹簧刚度不仅影响负刚度对结构弱化减震的发展进程,且影响消压后对结构强化自复位的功效,而预压弹簧预压位移设计值仅影响负刚度对结构弱化减震的发展进程;设置与预压弹簧并行的辅助耗能元件可提供耗散地震能的能力,从而进一步增强结构的减震效果。因此,新型减震自复位负刚度机构实现了减震、耗能能力与自复位功效有机统一的性能设计目标。     

自复位RC框架柱脚节点在不同轴压比下的抗震性能试验研究

自复位RC框架柱脚节点将无黏结预应力钢筋与新型金属消能阻尼器结合,在保证结构足够的承载力和耗能能力的前提下,能有效减小传统框架结构水平地震作用下产生的残余变形.对2个采用了新型可更换阻尼器的自复位RC框架柱脚节点进行了低周往复荷载抗震试验,对比分析了不同轴压比下框架柱脚节点的受力机制、滞回曲线、耗能能力、复位能力等性能.试验结果表明:自复位RC框架柱脚节点的耗能主要来自阻尼器的屈服耗能,不同轴压比下该框架柱脚节点的耗能能力大致相当;高轴压比导致框架柱产生轻微的塑性变形,从而使残余变形增大,相应的复位能力略有降低.     

新型PEC柱-钢梁边节点BRS板部分自复位连接抗震性能数值模拟

为研究新型卷边PEC柱-钢梁组合框架层边节点BRS耗能型部分自复位连接的抗震性能,考虑PEC柱布置方式、PEC柱轴压力、预拉杆预应力、BRS板长度与宽度、节点类型等系列设计参数,利用ABAQUS建立相应的节点连接模型试件并进行循环荷载下抗震性能的数值模拟;并且对比分析试件的承载能力、耗能能力、自复位功效和节点区传力机理.结果显示:PEC柱布置方式导致的梁柱刚度匹配变化和PEC柱轴压力引起的二阶效应相应改变自复位连接的受力发展进程,但对部分自复位受力机理影响甚微;M_a/M_d设计取值对节点连接的自复位功效和耗能能力影响显著,建议在0.3～0.65取值;所有试件残余转角均不超过小震层间侧移角限值0.005 rad,而实际作法Ⅱ型试件达到预定设计中震侧移角限值0.02 rad后,连接转化为承压型传力模式,且当BRS耗能段拉伸屈服过大残余变形导致其在卸载过程中出现反向受压屈服耗能.该连接具有良好的耗能能力、自复位效果和安全冗余度.     

BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点抗震机理试验

为了研究BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式和柱顶竖向力的3个缩尺试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能试验研究。基于试验结果,从试件的承载力、刚度衰减规律、自复位功效、耗能能力和节点传力机理等方面分析试件的抗震机理。研究结果显示:(a)BRS板部分自复位连接可通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要构件处在弹性状态。(b)PEC柱顶竖向力明显提高了其初始抗弯刚度,且其二阶效应加快了连接的耗能发展进程,而PEC柱的布置对初始抗弯刚度、刚度退化和耗能发展进程影响较小。(c)试件SYJ1加载至中震层间侧移限值1/50时其残余相对侧移角小于0.005 rad,而加载至大震层间侧移限值1/30时其残余相对侧移角仍小于0.01 rad,表明该试件具有极佳的自复位功效;试件SYJ3的自复位功效稍劣于试件SYJ1,前者在加载至中震层间侧移限值1/50之前时自复位功效尚好,但加载后期其自复位功效退化明显。     

新型PEC柱(强轴)-钢梁(BRS)端板连接组合框架中间层抗震机理数值模拟

以端板预拉对穿螺栓连接的卷边钢板组合截面PEC柱(强轴)-钢梁(削弱截面)组合框架中间层子结构试验试件作为研究对象,利用有限元软件ABAQUS对其进行拟静力循环荷载下抗震机理的数值模拟.基于模拟结果,对比分析试件结构的承载力、抗侧刚度衰减、连接性能、耗能能力、剪力分配、变形模式、节点传力和破坏机构等抗震性能.结果显示:试件具有较大的承载能力、较高的初始抗侧刚度和优越的耗能能力;PEC框架柱平均分担层间水平剪力,层间变形表现为剪切型变形模式;预拉对穿螺栓设置使得连接表现出一定程度的自复位功效,而梁截面削弱进一步改善了连接的转动能力和试件整体耗能延性;试件最终破坏模式为所有梁端削弱截面处形成塑性铰的塑性倒塌机构,且形成对应层间侧移角和连接转角均超过中震层间侧移限值1/50,表明该结构体系具有良好的抗倒塌性能.     

设有新型耗能支撑的双层球面网壳减震分析

为改进现有摩擦阻尼器的减震性能,将大尺寸形状记忆合金弹簧(Shape Memory Alloy spring,SMA spring)和摩擦装置复合使用,提出了一种形状记忆合金弹簧—摩擦复合阻尼器(SMA spring-Friction Hybrid Damper,SFHD)。基于SMA螺旋弹簧和摩擦装置的力学模型,建立了SFHD的恢复力模型。进而,将上述新型阻尼器用作双层球面网壳结构的耗能支撑,采用ABAQUS软件建立了整体结构的有限元模型,对该结构进行了多维地震作用下的非线性时程计算,对比分析了受控结构与无控结构的动力响应特征。研究结果表明:强震作用下受控结构中的新型减震支撑耗能作用显著,可有效降低结构的地震响应。     

Cu-Zn-Al合金形状记忆效应的机理分析

在相变过程中产生的热弹性马氏体所具有的晶体学可逆性和其形成过程中的自协作效应与取向效应是形状记忆合金产生形状记忆的根本原因，据此对Cu—Zn—A1形状记忆合金观测结果给出了解释．中还阐明了发生热弹性马氏体相变的驱动力来自母相与新相间的自由能差，热弹性马氏体的形状、大小可由相变时的过冷度控制．     

铜基形状记忆合金异常相变内耗的研究

文章研究了Cu-Al-Ni-Mn-Ti多晶形状记忆合金的异常相变内耗。实验结果和理论分析表明,合金的高温相变内耗峰在测量频率较低、马氏体片较多及升温速度较大的情况下,分解为一个"正峰"和一个"倒峰",这种现象是由于2种正、负耗散弹性模量的马氏体变体间相互作用引起的;具有负弹性模量的形状记忆合金能够稳定存在的条件,是需要从环境吸收热量引起熵的增加。     

形状记忆合金在智能材料结构中的应用

介绍了智能材料结构的关键技术及形状记忆合金的主要特性,叙述了形状记忆合金在智能材料结构中的应用状况,并对形状记忆合金智能材料结构的发展前景进行了展望。     

管道微型机器人系统运动的力学分析和控制

论文对以形状记忆合金（SMA）弹簧作为系统驱动控制元件的微型机器人模型－管道子母型微型机器人系统进行了力学分析，并根据形状记忆合金的特性和人体管道的工作要求提出了该微型机器人的控制方法，研究了其控制机理和运动机理。     

高温高应变率扭-拉复合加载下铁基记忆合金的本构关系

利用高应变率扭 -拉复合加载的分离式霍布金森杆装置 ,对 2 0℃和 50 0℃下铁基形状记忆合金高应变率扭 -拉复合加载下的本构关系进行实验研究 .结果表明 ,高应变率扭 -拉复合加载下铁基形状记忆合金的强度和延伸率均随温度的升高而降低 ;扭转和拉伸之间存在相互耦合作用 ,并随温度的升高而减小     

聚合物的热粘弹性对形状记忆合金作动性能的影响

利用一维变温热粘弹性理论分析聚合物杆,Brinson本构方程描述形状记忆合金,研究了变温场下形状记忆合金与聚合物杆组合结构的作动性能,并与用热弹性理论分析组合结构中聚合物杆的结果进行了比较,分析表明,在一定温度范围内,两种理论计算结果比较接近,当温度大大高于聚合物杆的玻璃态转化温度时,两者结果相差较大,此外,还讨论了粘弹性材料性质、温度效应对组合结构作动性能的影响。     

Cu-Al-Ni-Mn-Ti合金在不完全相变过程中的内耗行为研究

文章采用不完全相变内耗(IF)测量法研究了Cu-Al-Ni-Mn-Ti多晶形状记忆合金在热弹性马氏体相变时内耗峰与外界变量(频率、升温速率及不完全相变开始测量温度Ts)的依赖关系。实验结果表明,测量频率小于0.045Hz时,内耗峰分解成双峰(低温PL峰和高温PH峰),随Ts的降低,双峰逐渐合并;PL峰值与频率对数呈现峰形函数关系,随升温速率的增加,PL峰向高频方向移动,相变弛豫时间减小;PH峰值与频率倒数成线性关系,随升温速率的增加,线性斜率变大。     

NiTi合金双程形状记忆“训练”机理的研究

本文通过对未经训练和已经充分训练的量Ni—49.7 at%Ti合金在相变过程中电阻,内耗,模量以及相变应变的原位测量和对比,证实了该合金经充分训练可由I/C(无公度/公度)转变提供完全可逆的双程形状记忆效应.研究了该合金在双程形状记忆训练过程电阻及相变阻力的变化.结果表明,双程形状记忆效应的训练过程,实际上就是在温度及应力的复合作用下,I/C相变逐渐被诱导、总的相变阻力下降并趋于稳定的过程.在训练过程中,高相变阻力的过程逐渐被抑止,而低相变阻力的过程逐渐发展并成为主要过程;因此使相变过程变得完全可逆,正反相变均按阻力最小的惯习面进行,试样即具有双程形状记忆效应.     

不同一级相变材料的内耗峰形成机制

试验研究了3种一级相变材料的相变过程,即非晶PdNiCuP的晶化与无序和有序型相变、形状记忆合金Cu 11.9Al 2.5Mn的无扩散位移型相变以及共析合金Zn 22Al的共析相变,设计并测量了3种材料的电阻和内耗,并采用插值法获得不同温度下内耗与频率的关系曲线.结果表明,3种材料的相变内耗峰不是弛豫型内耗峰,而是弛豫参数发生突变的结果,相变内耗峰高度与频率的关系是弛豫的表现.在低温区域,观测到其相变内耗峰的结构弛豫现象,并可用结构失稳和结构弛豫的概念定性解释升温速率对相变内耗峰高度的影响.     

热弹性马氏体相变内耗峰的研究

采用不完全相变内耗测量法,研究了CuAlNiMnTi多晶合金在热弹性马氏体相变时内耗峰与外界变量的依赖关系;实验结果发现,测量频率较低时,内耗峰分解成双峰,随不完全相变温度ts的降低,双峰逐渐合并;高温内耗峰呈现出明显的反常振幅效应。