超彈性形狀記憶合金絲對(duì)結(jié)構(gòu)減震控制的研究.pdf

1、超彈性形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡(jiǎn)稱SMA)是實(shí)施結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的理想材料。國(guó)內(nèi)外學(xué)者致力于SMA在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的研究，取得了一些成果，但在材料本構(gòu)、阻尼器的研制開發(fā)、減震結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面，還存在一些問題，有待于進(jìn)一步研究。在此背景下，本論文在以下幾方面進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和試驗(yàn)研究： (1)試驗(yàn)測(cè)試了超彈性NiTi絲的力學(xué)性能，研究了循環(huán)次數(shù)、加載速率、應(yīng)變幅值、環(huán)境溫度等因素對(duì)SMA滯回

2、曲線及其力學(xué)參數(shù)(臨界應(yīng)力、單位循環(huán)耗能量、模量、殘余應(yīng)變)的影響。在此基礎(chǔ)上，對(duì)Lagoudas多線性模型進(jìn)行改進(jìn)，分別考慮模型參數(shù)隨加載速率和循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，建立了多線性動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型和循環(huán)現(xiàn)象模型。針對(duì)Graesscr模型不能反應(yīng)加、卸載過程中材料力學(xué)性能變化的缺陷，提出了改進(jìn)方法。 (2)設(shè)計(jì)并制作了新型自復(fù)位SMA阻尼器，兼有耗能和復(fù)位功能，且構(gòu)造簡(jiǎn)單緊湊、絲材受力均勻。力學(xué)試驗(yàn)研究了循環(huán)次數(shù)、位移幅值和加載頻率對(duì)阻

3、尼器滯回曲線及其力學(xué)參數(shù)(最大輸出力、殘余變形、割線剛度、單位循環(huán)耗能量和等效阻尼比)的影響。在SMA多線性動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型和受力分析基礎(chǔ)上，建立了阻尼器的力學(xué)模型。數(shù)值模擬分析了不同功能絲組合(復(fù)位絲與耗能絲面積比)對(duì)阻尼器力學(xué)性能的影響。 (3)對(duì)自復(fù)位SMA阻尼器控制下的對(duì)稱結(jié)構(gòu)彈塑性地震時(shí)程反應(yīng)及其能量分析進(jìn)行研究，以一三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為算例，分別針對(duì)總用絲量相同和控制最大層間位移角相同兩種工況，計(jì)算比較不同功能絲組合

4、時(shí)阻尼器的減震功效和總用絲量，結(jié)果表明：當(dāng)復(fù)位絲與耗能絲面積比在0.67～2時(shí)，能同時(shí)滿足減震控制和經(jīng)濟(jì)性要求。通過對(duì)一二層模型鋼框架進(jìn)行模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，驗(yàn)證了自復(fù)位阻尼器的減震及復(fù)位功能，并證實(shí)了理論分析的可靠性。 (4)對(duì)自復(fù)位SMA阻尼器控制下的均勻偏心結(jié)構(gòu)在雙向地震輸入時(shí)的時(shí)程反應(yīng)及其能量分析進(jìn)行研究，以一單自由度偏心體系為算例，分別針對(duì)總用絲量相同和控制最大層間位移角相同兩種工況，計(jì)算比較了不同功能絲組合時(shí)阻尼器的

5、減震功效和總用絲量，建議復(fù)位絲與耗能絲面積比取0.67～2，以有效抑制結(jié)構(gòu)的平.扭耦聯(lián)振動(dòng)并滿足經(jīng)濟(jì)性要求。另外，假定復(fù)位絲與耗能絲面積比為2，計(jì)算了不同地震輸入下阻尼器對(duì)多自由度偏心結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制。 (5)為了改善多目標(biāo)優(yōu)化算法的計(jì)算效率和效果以實(shí)現(xiàn)耗能減震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在二元錦標(biāo)賽遺傳算法基礎(chǔ)上改進(jìn)提出了新的一輪錦標(biāo)賽遺傳算法，該算法采用無回放隨機(jī)聯(lián)賽選擇機(jī)制，根據(jù)Pareto支配關(guān)系復(fù)制個(gè)體，每一代選擇過程在一輪循環(huán)中完