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多功能自适应复摩擦摆支座的滞回性能研究

刘沛  
【摘要】:复摩擦摆支座(Double friction pendulum bearing,DFPB)是一种球面滑动隔震装置,其较同尺寸的摩擦摆支座(Friction pendulum bearing,FPB)可输出较大的位移,因而受到了研究人员和工程师的广泛关注。然而常规的DFPB尚存在抗震冗余度偏低、限位复位能力不足的缺点。为克服上述不足,将形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)拉索与DFPB相结合,提出了一种新型多功能自适应复摩擦摆支座(Multifunctional and adaptive double friction pendulum bearing,MADFPB),采用性能试验和数值模拟的方法研究了MADFPB的滞回性能,主要的研究内容和成果分述如下:(1)将超弹性SMA拉索均匀布置在DFPB的底板和顶板之间,形成了新型MADFPB的构造设计方案。与单纯的DFPB相比,MADFPB可通过其内部的滑动摩擦实现隔震及耗能作用,同时还可利用滑块周边的SMA拉索进行有效的位移控制和附加耗能,以确保球面滑动隔震装置免遭强震损伤。(2)对SMA丝试件和SMA拉索试件进行了力学性能试验,总结了加载次数、加载频率和位移幅值对SMA丝以及SMA拉索力学参数的影响规律。研究表明SMA丝和SMA拉索均可提供稳定的滞回曲线,具有良好的超弹性,可用于DFPB的耗能控制当中。(3)设计加工了两种类型的MADFPB试件,分别对其进行了滞回性能试验研究,考察了不同竖向压力、位移幅值、加载频率对MADFPB试件滞回性能的影响规律,并对比分析了MADFPB和DFPB的滞回性能。研究表明:MADFPB与DFPB均能提供稳定饱满的滞回曲线;SMA拉索在MADFPB滑动过程中可发挥良好的超弹性控制作用,显著提高了DFPB的耗能能力与自适应性。(4)利用有限元软件ABAQUS建立了上述MADFPB试件的有限元模型。基于与性能试验相同的工况。对MADFPB试件的低周往复试验进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行了对比分析。研究表明,试验结果与模拟结果吻合良好,实现了试验研究与数值模拟的相互验证。


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