形状记忆合金复合摩擦阻尼器设计及试验研究

研制一种兼具自复位功能和高耗能的形状记忆合金复合摩擦阻尼器 (Hybrid Shape Memory Alloys Friction Damper,简写为HSMAFD),该阻尼器由超弹性形状记忆合金丝复位装置和摩擦耗能装置组成。制作了HSMAFD模型,并通过试验研究了HSMAFD在循环荷载作用下的力学性能,考察了初始应变、位移幅值、摩擦力和加载频率对其力学性能的影响。基于改进的Graesser & Cozzarelli模型和Bouc-Wen模型,分别建立复位装置和摩擦装置恢复力模型,并对其力学性能进行了数值模拟。研究结果表明：HSMAFD在循环荷载作用下具有稳定的滞回特性、良好的耗能和自复位能力,且其滞回和自恢复性能可以通过调节超弹性形状记忆合金丝的初始应变和摩擦力而改变;数值模拟结果和试验结果吻合较好,验证了恢复力模型的正确性。     

SMA阻尼器设计及框架结构地震反应控制分析

采用SMA(Shape Memory Alloy)旗帜型恢复力模型,深入分析了预变形、超弹性拉伸位移、刚度和长度4个参数对SMA阻尼器耗能系数的影响规律;分别建立了预变形、拉伸位移与耗能系数的关系式,并提出SMA阻尼器刚度和长度的确定方法.在分析结果的基础上,设计了一种新型超弹性SMA阻尼器.为了验证SMA阻尼器的减震...     

一种新型形状记忆合金阻尼器

本文利用奥氏体状态记忆合金丝超弹性性能,设计了一种新型形状记忆合金阻尼器,分别从记忆合金材料一维本构模型和合金丝超弹性分段线性恢复力模型两个角度建立了阻尼器的理论模型,并通过性能试验研究,得出如下结论:SMA阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的近似于双线性的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力;验证了理论模型的正确性;SMA阻尼器具有良好的抗腐蚀和抗疲劳特性,工作性能稳定。     

装有超弹性形状记忆合金丝阻尼器建筑结构的地震反应控制

研究装有形状记忆合金（SMA）丝阻尼器的三层非线性钢框架的地震反应控制。结果表明，SMA丝阻尼器用于被动控制，可有效地减小三层钢框架的地震反应。     

形状记忆合金阻尼器在结构振动控制中的应用

随着材料科学的迅速发展,作为一种新型的功能材料,形状记忆合金（ShapeM emory A lloy）在工程结构中有着良好的应用前景,同时也可为研究土木工程结构的振动控制理论及应用方法提供一个新的途径。因此,研究SMA阻尼器在结构振动控制中的应用,特别是在一些特殊结构振动控制中的应用,具有重要的理论意义和工程应用前景。     

含形状记忆合金自复位阻尼器隔震结构的地震反应分析

为了使隔震结构体系能够同时获得良好的隔震特性及震后自复位能力,本文利用形状记忆合金(SMA)材料在相变伪弹性阶段具有较好阻尼性能这一特点,采用SMA自复位阻尼器与常规叠层橡胶垫组合成自复位隔震装置。根据SMA材料相变伪弹性的本构模型,对SMA自复位阻尼器在反复循环荷载下的力学行为进行了数值模拟,得到了相应的滞回耗能曲线。提出了一种针对SMA自复位阻尼器的分段线性化恢复力模型,并依据剪切型层模型理论,编制了设有SMA自复位阻尼器隔震结构在地震作用下的弹塑性时程分析程序,对设有这种新型隔震装置工程结构进行地震反应分析。分析结果表明,这种隔震装置不仅可以大大减轻地震对上部结构的影响,而且还具有很好的震后复位能力,因此具有较好的工程应用前景。     

设置超弹性SMA阻尼器的框架结构地震反应分析

将超弹性形状记忆合金 (SMA)阻尼器应用于框架结构的被动控制中。给出了超弹性形状记忆合金简化的本构模型 ,建立了结构 -阻尼器体系的力学分析模型及其一般方程 ,通过模型结构在地震作用下的控制仿真分析和对比 ,验证了SMA阻尼器用于结构被动控制所具有良好的控制效果     

新型摩擦阻尼器的研究及其在建筑结构振动控制中的应用

探讨了一种新型耗能摩擦阻尼器的耗能原理及其在建筑结构振动控制中的应用。研究表明,该阻尼器除具有传统阻尼器的优点外,还克服了传统摩擦阻尼器只能提供恒定的摩擦力的缺点。同时,该阻尼器还可以利用振源信号进行反馈控制,因此增大了耗能能力,提高了减振效果。有限元仿真分析证明,该新型摩擦阻尼器应用在建筑结构上具有较好的减振效果。     

粘滞性阻尼器在建筑结构中的应用

介绍了粘滞性阻尼器的原理和优缺点,以及粘滞性阻尼器抗震加固的应用。采用粘滞性阻尼器的减震方法与传统方法相比,其造价低、减震效果好,具有良好的经济效益和社会效益,在建筑物的抗震加固中将会有广阔的前景。     

形状记忆合金阻尼器在斜拉桥地震控制中的应用

着重介绍和研究一种用在斜拉桥上由形状记忆合金制成的被动抗震控制装置的性能。对形状记忆合金的超弹性和阻尼能力进行探寻,以建立辅助确定中心和能量耗散装置。建立包括土-结构之间的相互作用三维长跨桥模型,并应用在本研究中。形状记忆合金阻尼器被置于桥的桥面板-桥墩和桥面板-塔的连接处。桥受到来自两个历史记录波、三个正交分量的作用,对形状记忆合金阻尼器在控制桥面板位移的效果以及对桥塔上剪力和弯矩限制的作用进行评估。而且,对形状记忆合金阻尼器的滞回特性进行研究,以确定桥响应的敏感性。研究显示:形状记忆合金阻尼器能有效地控制桥的抗震性能,然而,这种新型阻尼器受桥面板-桥墩和桥面板-塔的连接处的相对刚度影响大。研究结果也显示,与逆相变阶段,卸荷应力的变化相比,在相变期间,形状记忆合金阻尼器应变硬化的变化对桥响应的影响较小。     

基于形状记忆合金阻尼器的混凝土框架结构减振分析

针对形状记忆合金具有形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性,利用其超弹性制成的形状记忆合金阻尼器性能优良的耗能减振装置,可以有效地控制结构的动力响应.本文采用ANSYS通用有限元软件,分别建立无阻尼器混凝土框架结构和在相应框架结构各层角点处加形状记忆合金阻尼器两种不同的模型,进行模态分析,再数值模拟加载地震波载荷作用下结构的瞬态动力响应.模态分析结果表明,形状记忆合金阻尼器作为一种记忆和超弹性材料对混凝土框架结构具有良好的减振效果,与理论结果一致.在加阻尼器的单元上,固有频率增大,刚度增大,整体框架结构刚度矩阵减小,同时,通过调整阻尼器的位置,可以明显改变刚度大小,说明阻尼器具有明显的耗能减振效应.瞬态分析计算结果表明,加形状记忆合金阻尼器模型各层位移时程曲线都有不同程度的减小,振幅也有不同程度的衰减;其中位移最大值比无阻尼器模型减小了42%,振幅衰减了31%.但跟其他粘弹性阻尼器比较,形状记忆合金阻尼器作为一种优质高价材料,在混凝土框架结构中的减振效果无明显优势.通过对计算结果的分析,预计该阻尼器适用于大变形钢结构体系.     

日本建筑结构耗能减震研究和应用的若干新进展

介绍了日本在建筑结构耗能减震研究和应用方面取得的若干新进展，其中纳米结晶锌铝合金振动控制阻尼器是一种取得专利的新型减震阻尼器，具有“常温高速超塑性”特性；无粘结钢支撑体系是一种机敏的滞回屈服耗能减震支撑体系，可防止支撑在压力作用下屈曲，具有稳定的拉压滞回性能；跷动减震是一种新颖的耗能减震方法，它允许结构上下跷动疏散地震力，减轻建筑损坏。     

新型SMA阻尼器在体育场挑篷结构中的减振效果分析

振动控制是结构抗震防灾的一种积极有效手段．目前有关大跨空间结构的振动控制技术尚不成熟，因此亟待研究和发展，本将作提出的一种新型形状记忆合金(SMA)阻尼器应用于体育场挑篷结构，探讨了其在大跨空间结构中的减振控制理论和方法．通过地震反应时程分析．具体研究了其减振控制效果，对有控和无控状态下的节点位移和杆件内力进行了对比分析．结果表明，该新型SMA阻尼器可有效减小挑篷结构的地震响应．     

建筑结构中阻尼器消能减震设计关键技术的探讨

阻尼器能有效地实现结构的消能减震,在中国也逐渐得到应用。为更好地促进阻尼器在我国的应用,解决当前对阻尼器应用的一些认识不足问题,结合主要由现代设计集团完成的带阻尼器消能减震结构工程应用情况,介绍了位移型和速度型阻尼器及其应用情况。结合国内工程界对阻尼器的研究和工程应用情况,探讨了一些阻尼器应用的关键设计技术问题,尤其是关于国内外抗震规范系统性的差异引起的阻尼器应用设计问题、采用阻尼器结构的计算分析技术、阻尼器的侧向稳定问题等,提出解决方法和今后研究的方向,供广大工程人员讨论。     

永磁摩擦耗能装置结构体系被动控制试验研究

在已有无能源磁摩擦控制装置性能试验的基础上,根据14五层钢框架模型结构设计制作了永磁摩擦耗能装置。普通摩擦耗能装置出力不可变,而永磁耗能装置的出力为连续可变型。不仅可以实现控制力随结构层间位移改变而增大或减小两种出力模型,而且根据装置初始位置的不同可以改变初始控制力的大小。分别将装置安装在底层柔性结构模型和普通结构模型上进行了地震模拟振动台试验。试验结果表明,永磁摩擦耗能装置用于结构被动控制具有良好的可靠性和适应性,是一种新型、有效的摩擦耗能装置。     

Implementation of shape memory alloy dampers for passive control of structures subjected to seismic excitations

Different crystallographic phases of shape memory alloy (SMA) materials were used in a damper in order to produce an effective behavior device capable of dissipating energy, while containing the recentering capability. Different methodologies were applied in the four proposed damper systems in order to optimize their implementation into the earthquake resistant structural systems. To compare the structural system performance by using the different devices, the idea of damage indicator was utilized with certain modifications. The structural damage, non-structural damage, and the damage to the contents of different systems with the permanent deformations of the systems were considered at different ground acceleration histories. The comparisons were made with the buckling restrained steel bracing system. The effectiveness of the implementation of SMA dampers in reduction of the residual deformations on the structure is presented even after very high ground motions.     

形状记忆合金在建筑领域中的应用

介绍了形状记忆合金的基本概念及特性，对形状记忆合金在建筑领域的实际应用现状进行了介绍，提出了形状记忆合金应用方面需要解决的问题，对形状记忆合金未来在建筑领域的应用进行了展望。     

Research and development of an innovative self‐centering energy dissipation brace

Innovative self‐centering energy dissipation braces (SCBs) with super‐elastic shape memory alloy wires are designed and tested on a uniaxial MTS 810 hydraulic servo‐controlled fatigue testing machine. This type of SCB is modeled using finite element method and analyzed by ANSYS software. The test and analysis results show that this type of innovative SCB possesses energy dissipation capacity and self‐centering ability. This paper also describes the multistage working mechanism of the SCBs and exhibits the mechanical behaviors of the braces. The hysteretic behavior of steel frame structures with conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs are compared by conducting low‐frequency cyclic loading. Nonlinear dynamic analyses of steel frame structures with the conventional braces, the buckling‐restrained braces, and the SCBs under frequently occurred earthquake, design basis earthquake, and rare earthquake, respectively, are also performed to compare the seismic responses of steel structures with different braces. The seismic behaviors of these frames are investigated by comparing the peak acceleration, the maximum interstory displacement angle, and the maximum base shear. The results show that the innovative SCB possesses excellent energy dissipation capacity as well as self‐centering ability. Additionally, the innovative SCBs can effectively control the seismic response of the steel frame structure.