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《大连理工大学》 2008年
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形状记忆合金阻尼器消能减震结构体系研究

钱辉  
【摘要】: 结构振动控制是已经被实际工程证明了的能够改善结构抗震性能、减小结构地震反应的积极有效方法。其中,被动消能减震因其构造简单、造价低廉、易于维护且无需外部能源支持等优点,成为目前发展较为成熟且工程中得到广泛应用的振动控制技术。然而,目前开发的耗能器存在着一些缺点,如材料的老化和耐久性、残余变形以及大震过后的更新替换等问题。近年来,智能材料和控制装置的研究和发展为土木工程结构减震控制开辟了新的天地,为新一代高性能被动耗能器的研制和开发提供了基础。 形状记忆合金(Shape Memory Alloys,简称SMA)是一种新型的智能材料,因其独特的形状记忆效应、超弹性、高阻尼和耐腐蚀特性,成为土木工程结构消能减震的理想材料。本文在超弹性SMA丝的力学性能、超弹性SMA的本构模型、新型SMA阻尼器的研制开发及性能测试、SMA阻尼器消能减震结构体系的参数优化及非线性分析、SMA阻尼器进行结构震动控制的振动台试验等方面进行了深入系统的研究,主要内容包括: (1)试验研究了三种直径超弹性NiTi SMA丝的力学特性,考察了循环加载次数、加载速率、应变幅值和环境温度对其力学性能(相变应力、每循环耗散能量、割线刚度、等效阻尼比和残余应变等)的影响,揭示了加卸载过程中因潜热引起的SMA丝温度的变化规律,为SMA阻尼器设计中材料的选择提供了试验基础。 (2)提出了超弹性SMA的改进本构模型。在试验的基础上,针对Graesser Cozzarelli模型不能描述马氏体硬化效应和应变率相关特性的缺点,提出了改进的Graesser Cozzarelli模型,给出了模型参数选取原则和方法,并通过数值仿真结果和试验结果的对比,验证模型了的适用性。 (3)开发研制了新型筒式自复位SMA阻尼器(TRSMAD)。采用超弹性SMA丝提出了一种筒式自复位SMA阻尼器,试验研究了SMA丝初始应变、位移幅值和加载频率对阻尼器力学性能的影响,建立了阻尼器一维理论模型,并对其力学性能进行了数值模拟。 (4)开发研制了新型复合型SMA摩擦阻尼器(HSMAFD)。采用超弹性SMA丝自复位装置和摩擦耗能装置,提出了一种复合型SMA摩擦阻尼器,该阻尼器有效利用摩擦装置的高耗能和SMA的自复位功能,具有更强的耗能能力;试验测试了SMA丝初始应变、摩擦力、位移幅值及加载频率对阻尼器力学性能的影响,建立了阻尼器的理论模型,并对其力学性能进行了数值模拟。 (5)研究了SMA阻尼器结构振动控制的参数优化及非线性分析问题。采用能量平衡分析方法对SMA消能减震结构体系阻尼器的参数进行了优化,给出了阻尼器参数的建议取值范围。建立了安装SMA阻尼器的对称结构和偏心结构在地震作用下的运动方程,并基于MATLAB语言编写了SMA阻尼器消能减震结构体系的弹塑性时程分析程序。最后,分别以多层对称框架结构和偏心框架结构为算例,对SMA阻尼器消能减震结构体系在地震作用下的反应进行了数值分析,验证了SMA阻尼器的减震效果。 (6)进行了对称结构的振动台试验,以验证SMA阻尼器对结构平移震动反应的控制效果。设计了一个三层对称钢框架模型,分别将两种新型阻尼器安装在结构底层的质心位置,对无控条件下和安装阻尼器的有控条件下的结构反应进行了振动台试验,并通过能量分析方法对SMA阻尼器消能减震体系的能量分配进行了评价。结果表明,SMA阻尼器可以有效抑制结构的平动反应。 (7)进行了偏心结构的振动台试验,以验证SMA阻尼器对结构平-扭耦联震动反应的控制效果。设计了一个三层单向偏心的钢框架模型,分别将两种新型阻尼器安装在结构底层的一侧,并通过振动台试验,分别对无控条件下和安装阻尼器的有控条件下的结构反应进行了研究。结果表明,SMA阻尼器可以有效抑制结构的平-扭耦联震动反应。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TU352.1

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张振华;形状记忆合金(SMA)复合结构的动力学分岔与控制[D];天津大学;2012年
3 凌育洪;自复位记忆合金阻尼器的数值模拟及工程应用[D];华南理工大学;2013年
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1 樊燕军;新型SMA复合阻尼器及其在底框砖房结构中的抗震性能研究[D];长安大学;2011年
2 贾俊森;基于SMA的结构随机振动控制研究[D];河北工业大学;2013年
3 林震;SMA绞线—液体粘滞阻尼器的设计与耗能研究[D];辽宁工程技术大学;2013年
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【参考文献】
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【共引文献】
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9 邓宗才;刘春国;;剪刀型SMA阻尼器在钢框架结构减震中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2007年06期
10 翁大根;王姝;任晓崧;吕西林;;消能减震加固措施在多层装配式框架中的应用[J];四川建筑科学研究;2007年S1期
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2 胡杨林;蒋洁琼;王明煌;曾勤;邱岳峰;邹俊;陈红丽;FDS team;;聚变裂变混合堆长寿命锕系废料嬗变处理的中子学优化分析[A];安徽新能源技术创新与产业发展博士科技论坛论文集[C];2010年
3 丁晓唐;颜云燕;唐德嘉;;铅芯橡胶隔震双槽渡槽设计与动力分析[A];现代水利水电工程抗震防灾研究与进展(2011年)[C];2011年
4 孙燕;孙峥;黄鹍;;基于模拟退火机制的隔离小生境混合遗传算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 孙燕;孙峥;;利用正交遗传算法优化交通检测点分布[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 李俊丽;张光辉;祝晓红;;新型智能变增益单神经元PID控制算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 郭玉堂;刘路路;;基于佳点集遗传算法的边缘检测[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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10 胡玉娥;丁淑萍;;基于改进BP算法的非线性广义预测控制器[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
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1 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
4 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
5 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
6 韩艳玲;可能性构造空间理论与计算机作曲思维模型研究[D];华中科技大学;2010年
7 彭北青;第三方物流配送车辆路径问题模型及算法研究[D];华中科技大学;2009年
8 黄林峰;多目标进化算法研究[D];中国科学技术大学;2009年
9 刘飞;四足机器人步态规划与平衡控制研究[D];中国科学技术大学;2010年
10 杜娟;高精度电子组装设备中智能材料驱动器的建模与控制研究[D];华南理工大学;2010年
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1 赫英毅;毫米波段基于TE_(21)模差网络设计[D];中国工程物理研究院;2009年
2 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
4 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
5 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
6 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年
7 纪二云;基于改进遗传算法的电力系统无功优化的研究[D];山东科技大学;2010年
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10 檀庭跃;智能控制算法在倒立摆系统中的应用研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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1 邓宗才;刘春国;;剪刀型SMA阻尼器在钢框架结构减震中的应用研究[J];四川建筑科学研究;2007年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【二级引证文献】
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1 张振华;形状记忆合金(SMA)复合结构的动力学分岔与控制[D];天津大学;2012年
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2 杨洁;SMA绞线复合支座的设计及其桥梁隔震效果分析[D];辽宁工程技术大学;2012年
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2 周承湖;光纤光栅在建筑物应变测量中的应用[D];北京工业大学;2002年
3 南秋明;光纤光栅应变传感器的研制及应用[D];武汉理工大学;2003年
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10 杨军,李黎,唐家祥,叶昆;铅挤压阻尼器的试验研究[J];工程抗震与加固改造;2005年05期
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1 王洪涛;陈彦江;闫维明;李勇;程建旗;黄飞鸿;;复合式金属型阻尼器在高架桥减震控制中的应用研究[A];第八届全国地震工程学术会议论文集(Ⅱ)[C];2010年
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5 张红辉;廖昌荣;陈伟民;;磁流变阻尼器磁路设计与性能的相关性研究[A];中国仪器仪表学会第六届青年学术会议论文集[C];2004年
6 姜南;李忠献;;安装MR阻尼器相邻结构半主动控制振动台试验[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2010年
7 殷海军;王志强;胡世德;;连续梁桥设置阻尼器参数分析[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年
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10 钱雪松;;斜拉桥拉索的减振措施[A];中国公路学会桥梁和结构工程分会2004年全国桥梁学术会议论文集[C];2004年
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2 程超 李虹 王占奎;上海环球金融中心“首装”风阻尼器[N];中华建筑报;2007年
3 本报记者 席斯;安装阻尼器 为豪宅加一份保险[N];财经时报;2003年
4 记者 孙延军;宝钢新品研发“厚”劲十足[N];中国冶金报;2008年
5 本报记者 由庆祝赵加积 吴玮 通讯员 胡伟滨 田忠财 李宏辉 刘翠娥 范景龙;科技领路 哈飞等企业助“神七”飞天[N];中国工业报;2008年
6 首席记者 任荃;“弹簧”以柔克刚 校舍岿然不倒[N];文汇报;2009年
7 广西 梁卫;金铃XQB30-6型全自动洗衣机排水故障的检修[N];电子报;2006年
8 本版编辑 陆建衡 王尚 陈永祁 罗琦 荆闻 何闻;人类防震技术,要镇住背驮大地的“鳌鱼”[N];广东建设报;2007年
9 记者 郑剑锋;浮光掠影的台湾印象[N];舟山日报;2011年
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5 杨翠青;周边支撑抽空四角锥网架的减震参数敏感性分析[D];河北农业大学;2011年
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