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形状记忆合金混凝土通电加热激励效率研究与分析

谢杰光  
【摘要】:随着智能材料结构逐渐兴起,形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)作为一种新型重要的智能材料,由于其优异的形状记忆效应和超弹性等特性而被广泛研究应用于土木工程领域。其中,利用SMA筋的形状记忆效应,将常温下马氏体状态的形状记忆合金丝进行预拉伸后埋入钢筋混凝土梁内,制作成形状记忆合金混凝土梁,则可以通过对SMA筋加热激励产生回复力来实现梁的应力和变形主动控制。加热形状记忆合金时电流和热量将传到混凝土结构上,从而使形状记忆合金本身的温度难以提高,同时也给结构构件的安全性带来问题。因此,本文将通过试验和有限分析研究提高形状记忆合金加热激励效率的方法。本论文具体的研究工作如下: 1、对形状记忆合金丝的主要性能进行了测试,通过试验研究了形状记忆合金丝的合金相变温度、极限回复应变、电阻率与应变变化规律。 2、研究了影响SMA筋加热激励效率的主要因素,提出了三种提高SMA筋加热激励效率的方法:方法一是在SMA筋表面缠绕漆包线提高其加热电阻,从而提高SMA的加热速率;方法二是在SMA筋表面涂抹绝缘胶,阻止热量扩散,从而提高SMA的加热速率;方法三是在SMA筋表面缠绕漆包线,然后在漆包线涂抹绝缘胶。通过试验研究了三种方法的激励效率,并与SMA筋直接通电加热激励效率进行了对比分析。 3、将在表面缠绕漆包线SMA筋,表面涂抹绝缘胶SMA筋、和表面末作处理的SMA筋分别埋入混凝土制作形状记忆合金智能混凝士梁。通过试验研究了各种智能混凝土的梁的激励效率和加热时的温度场。 4、利用ANSYS软件建立有限元分析模型,对SMA混凝土梁的加热激励的全过程进行了瞬态热分析,得到了加热时截面温度的传递及分布规律,为今后研究混凝土温度场所引起的热应力对梁的影响提供了参考依据。


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