含形狀記憶合金復(fù)合結(jié)構(gòu)振動特性研究.pdf

1、作為一種新型智能材料，形狀記憶合金以其獨特的形狀記記憶效應(yīng)和超彈性效應(yīng)，以及優(yōu)良的理化性能和生物相容性，在土木、控制、醫(yī)療、能源與機械工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。形狀記憶合金集感應(yīng)器與驅(qū)動器于一身，在振動控制中具有明顯優(yōu)勢，對應(yīng)用形狀記憶合金進行振動控制的結(jié)構(gòu)研究分析具有重要的理論意義和工程應(yīng)用前景。
　　 本文對形狀記憶合金的特殊性質(zhì)進行了分析，并對形狀記憶合金在結(jié)構(gòu)振動控制中的研究進展作了較為詳細的綜述。對于形狀記憶合金的本

2、構(gòu)模型進行了系統(tǒng)的分析總結(jié)，在此基礎(chǔ)上詳述了本文計算應(yīng)用的本構(gòu)模型。
　　 為了測試形狀記憶合金的基本性能，我們對兩種形狀記憶合金絲進行了熱差分析試驗，得到了其相變溫度；用高倍顯微鏡觀察了兩種形狀記憶合金絲的晶相結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上進行了一系列形狀記憶合金絲的力學(xué)性能測試，主要包括：在溫控箱內(nèi)進行拉伸試驗，得到了一種合金絲在不同溫度下的相變特性；對已拉伸情況下的合金絲進行加熱，測試合金絲的相變回復(fù)應(yīng)力；對于形狀記憶合金絲進行了循環(huán)拉

3、伸試驗，實驗結(jié)果表明每次均會出現(xiàn)殘余應(yīng)變εr，擬合給出了一個εr的函數(shù)曲線（與拉伸循環(huán)次數(shù)和溫度相關(guān)）。
　　 為了將形狀記憶合金的特殊本構(gòu)關(guān)系引入有限元計算中去，我們編制了ABAQUS中的UMAT子程序。由于應(yīng)力更新算法需要提供每一步的Jacobian矩陣，因此本文對張量形式的本構(gòu)模型進行了離散化處理，推導(dǎo)了應(yīng)力對應(yīng)變的Jacobian矩陣和應(yīng)力對溫度的Jacobian矩陣，并且給出了在UMAT中張量變量的矩陣表示。通過SMA

4、絲拉伸試驗，結(jié)合ABAQUS模擬，驗證了所編制UMAT子程序的正確性。對含有SMA絲（帶有預(yù)應(yīng)變）的復(fù)合梁模型進行加熱，討論了其對結(jié)構(gòu)動力特性的影響。計算結(jié)果表明加熱帶有預(yù)應(yīng)變的SMA絲對提高結(jié)構(gòu)的自振頻率效果明顯，得到了不同直徑SMA絲對結(jié)構(gòu)自振頻率的影響關(guān)系曲線。
　　 論文在推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)變SMA絲恢復(fù)力公式的基礎(chǔ)上，利用ABAQUSUMAT程序建立了含有SMA絲的層合板計算模型，并對振動特性的影響因素進行了討論。對于預(yù)埋SM