超彈性形狀記憶合金絲對結(jié)構(gòu)減震控制的研究.pdf

1、超彈性形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，簡稱SMA)是實施結(jié)構(gòu)振動控制的理想材料。國內(nèi)外學者致力于SMA在結(jié)構(gòu)振動控制中的研究，取得了一些成果，但在材料本構(gòu)、阻尼器的研制開發(fā)、減震結(jié)構(gòu)振動分析及優(yōu)化設(shè)計等方面，還存在一些問題，有待于進一步研究。在此背景下，本論文在以下幾方面進行了系統(tǒng)的理論分析和試驗研究： (1)試驗測試了超彈性NiTi絲的力學性能，研究了循環(huán)次數(shù)、加載速率、應(yīng)變幅值、環(huán)境溫度等因素對SMA滯回

2、曲線及其力學參數(shù)(臨界應(yīng)力、單位循環(huán)耗能量、模量、殘余應(yīng)變)的影響。在此基礎(chǔ)上，對Lagoudas多線性模型進行改進，分別考慮模型參數(shù)隨加載速率和循環(huán)次數(shù)的變化規(guī)律，建立了多線性動態(tài)本構(gòu)模型和循環(huán)現(xiàn)象模型。針對Graesscr模型不能反應(yīng)加、卸載過程中材料力學性能變化的缺陷，提出了改進方法。 (2)設(shè)計并制作了新型自復(fù)位SMA阻尼器，兼有耗能和復(fù)位功能，且構(gòu)造簡單緊湊、絲材受力均勻。力學試驗研究了循環(huán)次數(shù)、位移幅值和加載頻率對阻

3、尼器滯回曲線及其力學參數(shù)(最大輸出力、殘余變形、割線剛度、單位循環(huán)耗能量和等效阻尼比)的影響。在SMA多線性動態(tài)本構(gòu)模型和受力分析基礎(chǔ)上，建立了阻尼器的力學模型。數(shù)值模擬分析了不同功能絲組合(復(fù)位絲與耗能絲面積比)對阻尼器力學性能的影響。 (3)對自復(fù)位SMA阻尼器控制下的對稱結(jié)構(gòu)彈塑性地震時程反應(yīng)及其能量分析進行研究，以一三層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為算例，分別針對總用絲量相同和控制最大層間位移角相同兩種工況，計算比較不同功能絲組合

4、時阻尼器的減震功效和總用絲量，結(jié)果表明：當復(fù)位絲與耗能絲面積比在0.67～2時，能同時滿足減震控制和經(jīng)濟性要求。通過對一二層模型鋼框架進行模擬地震振動臺試驗，驗證了自復(fù)位阻尼器的減震及復(fù)位功能，并證實了理論分析的可靠性。 (4)對自復(fù)位SMA阻尼器控制下的均勻偏心結(jié)構(gòu)在雙向地震輸入時的時程反應(yīng)及其能量分析進行研究，以一單自由度偏心體系為算例，分別針對總用絲量相同和控制最大層間位移角相同兩種工況，計算比較了不同功能絲組合時阻尼器的

5、減震功效和總用絲量，建議復(fù)位絲與耗能絲面積比取0.67～2，以有效抑制結(jié)構(gòu)的平.扭耦聯(lián)振動并滿足經(jīng)濟性要求。另外，假定復(fù)位絲與耗能絲面積比為2，計算了不同地震輸入下阻尼器對多自由度偏心結(jié)構(gòu)的振動控制。 (5)為了改善多目標優(yōu)化算法的計算效率和效果以實現(xiàn)耗能減震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，在二元錦標賽遺傳算法基礎(chǔ)上改進提出了新的一輪錦標賽遺傳算法，該算法采用無回放隨機聯(lián)賽選擇機制，根據(jù)Pareto支配關(guān)系復(fù)制個體，每一代選擇過程在一輪循環(huán)中完