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.     

工程结构的SMA超弹性阻尼研究

分析了形状记忆合金(SMA)超弹性阻尼减振技术的机理，介绍了国外对于形状记忆合金超弹性阻尼的研究成果．通过试验研究了温度、加载频率、循环次数及预变形等因素对国产NiTi合金丝的超弹性阻尼的影响．研究结果表明：①形状记忆合金的超弹性温度区间在50℃左右，阻尼性能对温度的敏感性较小；②加载频率对形状记忆合金的超弹性阻尼有一定影响，但在工程结构常用的频率范围内基本保持稳定；③循环次数在一定程度上影响形状记忆合金的超弹性行为，但在数个循环周期以后，基本趋于稳定；④通过施加预应变，形状记忆合金的超弹性阻尼性能大为改善．因此利用SMA的超弹性阻尼特性可以研制出性能良好的耗能减振装置，有效地改善和提高土木工程结构的性能．     

CuZnAl形状记忆合金超弹性的研究

研究了不同热处理工艺、晶粒束缚以及工作温度、应力循环、热循环和应力热循 环对 ＣｕＺｎＡｌ合金超弹性的影响。试验结果表明：合金常规淬火获得最佳超弹性的 淬火加热温度为８９０℃，对于所研究的线材试样而言，保温时间与线材直径有关；合 金采用双相区淬火，可获得较好的超弹性，其最佳淬火加热温度为７００℃，保温时间 为１０ｍｉｎ；晶粒束缚影响合金的超弹性，ｇｓ／Ｄ越大，晶粒束缚越小，超弹性越好； 合金的超弹性与工作温度有关，超弹性最佳值是在Ａｆ点以上一段温度范围内．其下限 温度为Ａｆ点以上１７～２２℃。合金在应力循环后出现了循环软化现象而不是循环硬 化现象，应力循环后，相变的熵及焓变降低；热循环和应力热循环均使合金的相变点 提高。     

基于形状记忆合金超弹性阻尼器的结构振动控制和地震时程分析

首先讨论了一种NiTi形状记忆合金(SMA)丝超弹性耗能原理，然后分析了SMA丝耗能能力与预应变之间的关系．本文还设计了一种用于框架结构振动控制的SMA超弹性阻尼器，并将该种阻尼器安装在2层框架结构模型上，进行了框架结构振动控制实验，实验结果表明该种阻尼器的耗能效果明显，可以显著提高框架结构的振动衰减速率．同时，在地震波强迫振动条件下，对该框架结构进行了动力响应有限元法模拟，计算结果显示安装了SMA阻尼器后，框架的振动响应幅度大幅降低，振动衰减速度大幅提高．     

新形式超弹性形状记忆合金线材力学性能试验研究

超弹性是形状记忆合金(SMA)的重要特性之一.鉴于钢绞线在力学性能上的优势,提出一种新形式的SMA线材--SMA绞线,其目的在于将其埋设到土木工程领域的混凝土构件中.通过试验,主要研究了应变幅值和加卸载循环次数对普通圆截面SMA丝材和SMA绞线的应力诱发马氏体相变应力、残余应变、最大相变应变和耗能能力的影响.研究结果表明,SMA绞线比SMA丝具有更好的力学性能.建议在工程应用中将SMA的线材形式作为一项影响其超弹性力学性能的因素.     

形状记忆合金超弹性弹簧的设计

基于Ｌｉａｎｇ的模型＾〔２〕对形状记忆合金（ＳＭＡ）弹簧在超弹性范围内的本构关系进行了数值仿真,针对ＮｉＴｉ基合金进行了ＳＭＡ超弹性螺旋弹簧的设计。     

超弹性NiTi丝力学性能试验研究

本文对NiTi形状记忆合金丝的超弹性性能进行了试验研究,验证其用于被动控制装置的可行性。研究了常温下加载速率、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、等效阻尼比及残余应变等力学性能参数的影响规律。试验分析结果表明,NiTi丝具有良好的耗能性能、较大的可恢复变形,是制作被动阻尼器装置的良好材料。为进一步开发新型SMA被动阻尼器奠定了基础。     

一种新型形状记忆合金(SMA)-粘滞阻尼器

利用形状记忆合金的优良力学性能,设计出了一种性能良好的SMA-粘滞阻尼器,利用分段线性化模型推导出阻尼器的力学性能,并进行了仿真计算.计算结果表明:该阻尼器有良好的耗能能力,在大跨度桥梁低频振动控制方面有较好的应用前景.     

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.     

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．     

一种新的超弹性形状记忆合金本构模型

Graesser模型以应力-应变增率形式表述了形状记忆合金(SMA)本构关系,具有形式简单、能反映SMA动态力学特性的优点;但忽略了加载路径对模型参数的影响,造成预测误差.依据超弹性SMA的拉伸试验结果,在Graesser模型基础上提出了改进模型:将滞回曲线分为加荷阶段、卸荷至马氏体逆相变完成阶段、母相弹性卸荷阶段三部分,每部分采用各自的参数.数值模拟比较表明:改进模型能很好地捕捉超弹性SMA在静荷下的应力-应变特征,在一定程度上反映加荷速率对其滞回性的影响,且较Graesser模型具有更高的预测精度.     

基于形状记忆合金(SMA)阻尼器的结构被动控制

介绍了建筑结构振动控制中被动控制的设计思想和形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称SMA）的超弹性特性及应用情况,将一种新型形状记忆合金（SMA）阻尼器应用到框架结构中。针对所提出的形状记忆合金（SMA）阻尼器,分析其超弹性本构模型,建立了热力学方程,利用ANSYS软件进行框架结构的被动控制模拟分析。将所得的普通框架结构与形状记忆合金（SMA）阻尼器框架结构的顶层位移进行比较,发现形状记忆合金（SMA）阻尼器可以很好地改变框架结构的抗震性能,大大减小了结构的地震反应,为框架结构振动控制设计提供了一种新的方法。     

基于SMA阻尼器的输电塔风振控制

 根据SMA 阻尼器的工作原理和输电塔的振动特性,提出应用SMA 阻尼器对输电塔风致振动进行控制。应用有限元软件建立输电塔和阻尼器的有限元模型,基于Matlab 软件,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本;应用能量法计算所需阻尼器数量,根据阻尼器的工作原理和输电塔结构特点设计不同的阻尼器布置方案;对不同方案进行结构风致振动瞬态响应仿真,提取各方案控制点位移和加速度时间历程进行比较分析。模拟了多种风荷载,进一步对各方案的控制效果进行了对比分析。结果表明:SMA 阻尼器对输电塔风振控制效果较好;将阻尼器布置在塔头上,可有效控制塔顶位移,减振率在28%以上;在塔身上布置阻尼器,可有效控制塔顶加速度,减振率在66%以上。通过综合比较,选出了阻尼器的最佳布置方案。     

PFD-SMA支撑体系的抗震性能

对传统的Pall摩擦阻尼支撑体系进行改进,提出一种PFD-SMA支撑体系,充分利用Pall摩擦阻尼器(PFD)和形状记忆合金(SMA)的优点,使该体系具有强耗能能力和自复位功能;考虑几何非线性采用ANSYS程序对SMA棒材和PFD-SMA体系进行分析。研究结果表明:SMA棒材具有较强的耗能能力,且可恢复应变大;在钢框架结构中采用PFD-SMA体系能有效降低结构的地震响应,提高结构的抗震性能,同时,该体系可通过形状记忆超弹性及形状记忆效应具有双重自复位功能,表明PFD-SMA体系具有良好的抗震性能。