基于形状记忆合金的X形板阻尼器的力学模型

根据超弹性形状记忆合金（SMA）的分段线性化本构关系,建立了X形SMA板式阻尼器的力学模型;通过MATLAB程序进行数值模拟,绘制了X形SMA板的阻尼力滞回曲线,并研究了位移幅值、温度、形状尺寸对阻尼器基本特征参数（等效割线刚度、单位循环消耗的能量、等效阻尼比）的影响。结果表明：X形SMA板式阻尼器具有“旗帜”形的滞回曲线,耗能较小,但复位能力好;随位移幅值增加,耗能力和等效阻尼比增加,等效割线刚度降低,温度的影响与此相反;阻尼器的特征参数随板高增加均呈降低趋势;增加板宽,单位循环耗能与等效割线刚度增加,而等效阻尼比不变。研究结果为X形SMA板式阻尼器的设计和工程应用提供了理论依据。     

一种新型SMA阻尼器的试验和数值模拟研究

利用超弹性SMA丝的耗能能力和自复位能力.提出了一种新型的SMA阻尼器,试验研究了该阻尼器在循环荷载作用下不同位移幅值、不同加载频率和不同初始位移条件下的力学性能,并通过建立的理论模型对阻尼器的力学性能进行了数值模拟.研究结果表明:该新型SMA阻尼器在循环荷载作用下形成稳定的滞回曲线,具有良好的耗能能力和自复位能力;阻尼器的性能可通过调节超弹性SMA丝的初始应变而改变,以满足工程的需要;动力荷载(0.5～2 Hz)频率对阻尼器的耗能能力和等效阻尼比影响不大,而恢复力和割线刚度随频率增加而略微增大;数值模拟结果和试验结果吻合较好,建立的理论模型可以对SMA阻尼器进行理论分析.     

基于齿轮机构的SMA-摩擦阻尼器试验研究及数值模拟EI北大核心CSCD

基于齿轮机构对形状记忆合金(SMA)丝非比例拉伸的特点,提出了一种新型SMA-摩擦阻尼器,并阐述了该阻尼器的基本构造和工作原理。对SMA丝进行循环拉伸试验,考察了加载幅值、加载速率对其力学性能的影响规律;分别对齿轮摩擦单元和SMA-摩擦阻尼器试件进行了低周往复荷载下的力学性能试验,得到了摩擦材料、预紧力以及位移幅值对单次循环耗能、割线刚度、等效阻尼比和自复位率等力学性能指标的影响规律;建立了SMA-摩擦阻尼器的简化力学模型并进行了数值模拟。研究结果表明:所用复合树脂材料较黄铜材料出力更大,性能更稳定;新型阻尼器具有良好的耗能能力、承载能力及自复位能力,可实现大行程设计;利用OpenSees有限元模型计算得到的滞回曲线与试验曲线吻合较好,验证了力学模型和材料本构二次开发的正确性。     

基于SMA连接的装配式梁柱钢节点滞回性能数值研究

采用形状记忆合金(SMA)作为节点连接材料,可限制装配式钢结构在强震作用下的塑性变形,提升结构抗震韧性。该文以一种采用SMA连接的韧性抗震装配式钢节点为研究对象,建立精细化实体有限元模型,并通过试验验证模型的有效性,进而分析SMA螺栓预紧力和SMA束初始拉应力对装配式钢节点受力状态和滞回性能的影响。研究结果表明：建立的有限元模型可以较好地模拟装配式梁柱钢节点的滞回行为;SMA束连接的装配式梁柱钢节点具有极好的抗震韧性,在低周循环往复荷载作用下梁柱钢构件及其连接件基本维持在弹性范围内,且残余位移近似为零;提高螺栓预紧力可增大螺栓与钢板的摩擦力,进而提高梁柱节点的承载能力和耗能能力,但增大SMA束初始拉应力对梁柱节点的受力状态和滞回性能影响不显著。     

一种新型自复位SMA支撑的抗震性能试验研究

有效提高支撑的延性和耗能能力以及减小支撑的残余变形,是提高建筑结构抗震性能和震后功能恢复能力的重要手段之一。该文基于形状记忆合金(SMA)的自复位性能和滑移螺杆摩擦耗能等思想,提出一种抗震性能良好和自复位能力强的新型自复位SMA支撑。对五个不带SMA的支撑和六个自复位SMA支撑进行低周往复加载试验研究,得到了支撑的滞回曲线、骨架曲线、割线刚度、耗能能力、承载能力和自复位能力等抗震性能指标。试验结果表明:所提出的自复位SMA支撑具有良好的耗能能力、承载能力、延性及自复位能力,整个试验过程中各板件未达到屈服,且SMA可复位至初始状态,无任何构件发生损伤;各自复位SMA支撑试件的滞回曲线均较饱满且大致呈现旗帜型,最大自复位率达到93.7%。所提出的自复位SMA支撑具有良好的抗震性能,可作为自复位阻尼器使用。     

金属复合型摩擦阻尼器力学性能试验研究

提出了一种金属复合型摩擦阻尼器，通过预紧力试验和力学性能试验，研究了螺栓预紧力对阻尼器摩擦系数及摩擦荷载的影响，并以剪切型摩擦阻尼器作对照，对使用刹车片磨材的金属复合型摩擦阻尼器的力学性能进行分析。试验结果表明：摩擦阻尼器的摩擦系数会随着预紧力的增加而小幅减小，因此摩擦荷载衰减比例低于预紧力衰减比例；刹车片磨材具有良好且稳定的性能；金属复合型摩擦阻尼器滞回曲线表现为三线型，实现阻尼器的分阶段屈服，双阶段耗能效果；金属复合型摩擦阻尼器的预紧力损失和阻尼力衰减较剪切型的要更小。     

往复荷载下带竖向阻尼器自复位墙滞回性能分析

针对一种新型带竖向阻尼器自复位墙（VD-SCW）的受力特征,该文建立可用于VD-SCW滞回性能的等效纤维模型,并利用利用Perform-3D有限元软件对等效纤维模型进行分析,通过与已有自复位墙试验数据的对比,验证纤维模型的有效性。在此基础上,分析了阻尼器屈服力、阻尼器刚度和预应力筋张力控制应力等关键参数对VD-SCW滞回性能的影响,结果表明:阻尼器屈服力的增加会提高墙体启动力和耗能能力,但同时会使墙体卸载时的残余变形增大;过小的阻尼器刚度会明显降低墙体耗能能力,但增加到一定程度后对墙体耗能影响不明显;预应力筋张力控制应力的增加会提高墙体的启动力,但会导致预应力筋过早屈服,从而降低墙体的摇摆能力,但对其耗能能力影响较小。     

自复位超弹性SMA筋梁柱节点数值模拟研究

为提高框架结构的耗能能力和自恢复能力,提出了基于超弹性SMA筋的功能自恢复梁柱节点。基于OpenSees有限元软件平台,采用SMA材料自复位双旗形本构模型,建立了自复位SMA筋混凝土梁柱节点有限元数值模型,进行了低周往复作用下有限元模拟,得出节点的滞回曲线与骨架曲线。通过与现有试验结果的对比,验证了节点分析模型的有效性。进行了参数分析,分别考虑了SMA材料的配置数量、配置长度和屈服强度等参数,分析了SMA材料参数对节点的滞回性能和自复位能力等性能的影响。结果表明:超弹性SMA筋混凝土梁柱节点具有较高的耗能能力和自复位能力。建立的数值分析模型能较好地模拟自复位SMA筋节点在低周往复荷载作用力下的“双旗形”滞回性能。SMA筋材力学参数对节点抗震性能有较大影响:在适筋条件下,SMA配置数量越大,残余位移越小,复位能力越强;相同条件下,SMA筋超过塑性铰长度后,对节点性能影响不大;适筋条件下,提高SMA筋的屈服强度会提高节点的承载能力以及自复位能力。     

基于形状记忆合金棒的自复位耗能装置数值分析

研发了一种基于形状记忆合金棒材的自复位耗能装置。通过对形状记忆合金棒进行循环拉伸试验,分析了SMA材料的超弹性性能与耗能能力,建立了SMA材料的分段线性伪弹性本构模型,与试验数据进行对比以验证其合理性;阐述了该装置的理论模型与耗能原理,并利用有限元分析软件进行了数值模型试验,分析结果表明:该自复位耗能装置在循环荷载作用下,具有稳定的滞回特性,且单位循环耗能量大,残余变形很小,表现出良好的自复位能力与耗能能力。     

自复位放大位移型SMA阻尼器优化设计方法研究

该文利用形状记忆合金（SMA）的超弹特性提出了一种新型自复位放大位移型SMA阻尼器（re-centeringdeformation-amplified SMA damper,RDASD）。该阻尼器可将位移变形根据实际工程需要进行放大,通过限制放大以后的位移充分发挥SMA材料的耗能能力。首先建立了该阻尼器的恢复力模型,并通过试验进行了验证。基于SMA材料的旗帜型恢复力模型,分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度四个参数对该阻尼器耗能系数的影响规律。为实现最佳耗能和减震控制效果,提出了该阻尼器的设计准则和性能优化方法。最后以某三层钢框架结构为例,分析了有控和无控两种工况下结构在地震动作用下的动力响应,验证了该阻尼器的减震效果。     

新型自复位黏弹性阻尼支撑力学性能研究

提出了一种新型的自复位黏弹性阻尼支撑(self-centering viscoelastic damping brace,SCVEDB),该支撑利用形状记忆合金的拉伸变形和黏弹性材料的剪切变形共同耗散能量,同时利用形状记忆合金的超弹性特性复位。设计和加工了SCVEDB最基本的模型,对该支撑试件进行了循环往复荷载作用下的力学性能试验,研究了位移幅值、加载速率、SMA丝数量、黏弹性材料的厚度对其性能的影响,同时通过割线刚度、耗散能量、等效阻尼比、自复位比4个参数量化分析了SCVEDB的力学性能。对SMA丝进行了循环拉伸试验,利用OpenSees平台建立了SMA的材料本构数值模型,然后将其与模拟黏弹性材料的Bouc-Wen模型并联,建立了该支撑的力学模型,进而模拟了支撑的力学性能,数值模拟结果与试验结果吻合较好。     

A numerical study on bolted end-plate connection using shape memory alloys

Superelastic shape memory alloys (SMAs) have the ability to recover their original shape after experiencing large strains. A new beam-to-column connection incorporating long shank SMA bolts is presented in this paper. By using the unique characteristics of SMAs, the connection possesses self-centering abilities. The 3D connection model is created using the software ANSYS, and Auricchio’s model is used to simulate the superelastic behavior of the SMA bolts. With cyclic loads applied on the beam ends, the behavior of the connection is studied. The results show the semi-rigid and moderate energy dissipation characteristics of the connection. Since the moment-carrying capacity of bolt cluster controlled below the elastic flexural capacity of connecting beam, a superelastic hinge forms just at the beam-to-column interface. The inelastic interstory drift angle of the connection reaches 0.035 rad, and 94% of the total rotations are recoverable upon unloading.     

形状记忆合金丝加固古建筑木结构直榫节点抗震性能研究EI北大核心CSCD

古建筑木结构中的半刚性榫卯节点在地震中往往先于梁柱等构件发生破坏,是加固保护的关键部位。设计了一种新型形状记忆合金(SMA)丝预防性加固装置,对采用该装置的5个直榫节点及1个未加固节点进行了低周反复荷载试验,研究了采用不同根数和不同预拉应变的SMA丝加固节点的破坏形态、弯矩-转角关系、强度退化、刚度退化、耗能性能、自复位能力以及变形能力,并提出了SMA丝加固直榫节点的抗弯承载力计算方法。结果表明:SMA丝加固节点的抗弯承载力均有不同程度的提升,加固节点的最大抗弯承载力为未加固节点的1.49倍;与未加固节点相比,加固节点的强度退化不严重,表明SMA丝可以在节点转角较大时,仍能持续为节点提供抗弯承载力;加固节点最大转动刚度是未加固节点的2.24倍;随着节点转角的增大,未加固节点的耗能能力逐渐减小,而加固节点的耗能能力先增大后减小;在相同的转角下,随着SMA丝根数和预拉应变的增加,节点相对残余变形均减小,自复位能力增强。研究成果可为古建筑木结构榫卯节点的预防性加固保护提供参考。     

Self-centering of shape memory alloy fiber reinforced cement mortar members subjected to strong cyclic loading

In addition to ductility of the reinforced concrete, it is desirable to have large recoverable deformations (self-centering ability) under strong cyclic loading conditions. Since steel reinforcement cannot regain its shape beyond yielding, the performance deteriorates enormously when subjected to a strong cyclic load. An alternative reinforcement material such as shape memory alloy (SMA) could offer scope for self-centering, thus improving performance especially after a severe loading has occurred. In this study, the load-deformation characteristics of SMA fiber reinforced cement mortar beams under cyclic loading were investigated to assess the self-centering mechanism. The study involves experiments on a beam structure and related analysis for the prediction of self-centering. Apart from the energy dissipation through its ductility, it is shown in this study that shape memory alloy reinforced cement mortar has very good self-centering properties that may be crucial in bringing back the functionality of a structure and prevention of permanent secondary deformations that may lead to catastrophic failure in some structures.     

自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点足尺试验研究

为了减小钢管混凝土柱—钢梁框架结构震后的残余变形,提出了一种腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点型式。介绍了自复位节点的构造,并对其受力性能进行了理论分析。通过3个自复位节点试件的低周反复加载试验,研究节点在循环荷载作用下的自复位和耗能能力。分析了自复位节点可能的破坏模式,钢绞线预应力和摩擦装置螺栓的预紧力对节点受力性能的影响,还分析了钢绞线预应力的变化规律和节点主要部位应变的变化特点。研究结果表明,腹板摩擦式自复位圆钢管混凝土柱—钢梁连接节点具有良好的耗能和自复位能力。节点初始刚度、临界开口弯矩和自复位能力随钢绞线预应力的增大而提高。节点耗能能力随腹板摩擦装置螺栓的预紧力的增大而提高。