形状记忆合金超弹性阻尼性能的试验研究

本文分析了形状记忆合金（SMA）超弹性阻尼减振的机理，通过试验研究了温度、加载频率、循环次数及预变形等因素对SMA超弹性阻尼的影响。研究结果表明，利用SMA的超弹性阻尼特性可以研制出性能良好的耗能减振装置，在工程结构振动控制方面具有比较好的应用前景。     

基于形状记忆合金-悬吊质量摆减振系统的结构地震响应分析

针对风电塔架结构内部有限的空间,设计一种新型减振系统。基于悬吊质量摆减振原理,利用形状记忆合金（SMA）的超弹性特性,将SMA丝与弹簧叠加成SMA阻尼器后并与悬吊质量摆复合,设计了一种形状记忆合金-悬吊质量摆阻尼器（SMA-SMPD）系统。研究了细部构造、减振原理和参数影响,并利用Matlab软件对单自由度体系在不同地震作用下的动力响应进行了数值模拟。结果表明:所设计的刚度和质量可调的SMA-SMPD是有效的。与结构受控频率相调时,将结构振动能量集中转换到SMA-SMPD上,可耗散结构振动能量,减震率可达30%~40%,且整体性能稳定,对结构动力响应控制效果显著。     

应用形状记忆合金的桥梁结构振动控制研究及发展

简要介绍了形状记忆合金（SMA）材料的本构关系及其显著特性。总结了桥梁结构在地震和风振作用下的灾害，以及SMA驱动器和阻尼器在桥梁结构隔震及减震应用上的研究现状，展望了SMA在桥梁结构尤其是在大跨度斜拉桥和悬索桥结构抗震风振动控制中的应用前景，指出了基于SMA材料的桥梁结构振动控制研究中亟待解决的一些关键技术。     

新型形状记忆合金阻尼器的试验研究

本文在对形状记忆合金(SMA)的力学性能研究的基础上，设计和制造出一种性能良好的SMA阻尼器，介绍了其工作原理及有关试验结果，将该阻尼器安装在斜拉桥模型上，进行了斜拉桥模型振动试验。试验结果表明该阻尼器的耗能效果明显，在工程结构振动控制方面具有比较好的应用前景。     

形状记忆合金在结构振动控制中的应用

形状记忆合金是一种在结构振动控制领域具有广阔应用前景的智能材料，本文结合形状记忆合金的形状记忆效应，超弹性效应和高阻尼特性等特点，分别从结构的被动控制，主动控制及智能控制三个方面系统总结了形状记忆合金的研究现状，最后指出了需进一步研究的方向。     

SMA弹簧-摩擦支座基础隔震体系的地震响应分析

大尺寸超弹性形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)螺旋弹簧是一种可用于结构减振控制的阻尼器。然而,迄今为止这种超弹性阻尼器在土木工程结构隔震领域的研究较少。本文提出了一种SMA弹簧-摩擦支座(SMA Spring-Friction Bearing,简称SFB)并研究了其隔震性能。首先,在考虑材料内部相变过程的SMA本构关系模型的基础上,针对超弹性SMA弹簧的恢复力性能建立了一种便于工程应用的新的宏观现象模型。随后,推导了SFB隔震结构体系运动方程,利用MATLAB程序进行了结构地震响应的数值模拟。最后,将SFB隔震体系的地震响应与具有相同结构参数的纯摩擦支座(Pure Friction Bearing,简称PFB)隔震体系和摩擦摆(Friction Pendulum System,简称FPS)隔震体系的地震响应进行了对比分析。研究结果表明,SFB对上部结构具有良好的加速度减振效果,同时,该支座较其它两种滑动支座在降低隔震层位移峰值响应和抑制隔震支座残余位移两方面具有明显的优势。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷栽作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明：当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

基于SMA新型阻尼器的框架结构地震反应控制分析

形状记忆合金(SMA)材料是一种具有记忆特性的功能材料,基于Ti-Ni形状记忆合金丝材料的性能试验,利用SMA丝形状记忆效应、超弹性效应及高阻尼特性,提出了一种基于SMA的新型阻尼器,并且将其安装在框架结构的梁柱节点处。利用ANSYS有限元分析软件对未安装和安装此种阻尼器的框架结构进行了地震反应控制分析。研究结果表明,SMA合页型阻尼器的耗能效果比较明显,能够很好地改善框架结构的抗震性能。     

海洋平台结构SMA阻尼隔振振动台试验与分析

本文针对渤海JZ20-2MUQ导管架式海洋平台进行比例为1∶10的模型结构的形状记忆合金阻尼隔振振动台试验研究。首先,根据原结构的基本参数,确定试验模型的几何参数,推导出相似比关系,并对形状记忆合金阻尼器和黏滞阻尼器进行性能试验,确定其基本力学性能;其次,对模型结构进行振动台试验研究,分别考察4种地震作用下无控结构、纯隔振结构、SMA隔振结构和SMA阻尼隔振结构的反应;最后,对模型结构进行数值计算分析。结果表明,各种隔振结构方案对平台结构导管架端帽位移和平台甲板加速度均有很好的控制效果。数值分析结果与试验结果吻合较好。     

一种SMA复合摩擦阻尼器的设计与性能研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性特性,将SMA丝与摩擦阻尼器复合,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器,给出了SMA复合摩擦阻尼器的工作机理和设计方法,建立了其理论模型,确定了SMA复合摩擦阻尼器的力-位移滞回曲线,并对一SMA复合摩擦阻尼器控震单自由度体系在地震作用下的动力响应进行了数值模拟。结果表明,提出的SMA复合摩擦阻尼器具有优良的耗能减振性能。     

SMA复合摩擦阻尼器性能的试验研究

利用形状记忆合金(SMA)的超弹性效应及高阻尼性能,结合传统Pall摩擦型阻尼器的特点,提出了一种SMA复合摩擦阻尼器。在建立阻尼器力学分析模型的基础上,对SMA复合摩擦阻尼器的性能进行了试验研究,分析了位移幅值、加载频率等对阻尼器的等效刚度、单位循环耗能和等效阻尼比的影响,并与理论分析结果进行了对比。研究表明,SMA复合摩擦阻尼器在加卸载循环下会形成比较稳定的滞回曲线,表明这种阻尼器具有良好的耗能能力。     

SMA-橡胶支座的力学性能试验研究

SMA-橡胶支座是一种由叠层橡胶垫和形状记忆合金（SMA）复合而成的新型隔震支座。阐明了SMA-橡胶支座的设计思路和工作机理,通过SMA-橡胶支座实物模型的伪动力试验,考察了支座的水平和竖向刚度、耗能能力和等效阻尼比,研究了位移幅值、加载频率、竖向荷载等参数对支座力学性能的影响。研究结果表明,SMA-橡胶支座工作性能稳定,耗能能力较强,是一种性能优良的新型隔震装置。     

多维地震作用下大跨空间结构的减震控制分析

考虑到多维地震输入对网架结构的不利影响,基于形状记忆合金超弹性,研制出一种兼具自复位、高耗能及放大功能于一体的形状记忆合金复合黏滞阻尼器(Hybrid Shape Memory Alloy Viscous Dampers,简称HSMAVD),并通过试验研究该阻尼器在循环荷载作用下的力学性能;然后以平面四角锥网架模型为基础,将该阻尼器替换部分网架结构杆件,并分析该阻尼器减震控制效果。结果表明形状记忆合金与黏滞阻尼器复合后具有良好的协同工作能力,可有效发挥形状记忆合金的超弹性和黏滞阻尼器的速度相关特性,使其具有稳定的滞回性能和良好的耗能能力;采用阻尼杆件替换原杆件的方法既能对结构进行有效的减震控制,又不改变原有的结构形式,是一种优越的减震控制方法,并为HSMAVD被动控制系统在结构抗震中的实际应用提供新思路。     

循环荷载作用下SMA-PSRCW结构力学性能影响因素分析

为了研究形状记忆合金(SMA)连接件对半刚接钢框架内填钢筋混凝土墙结构(PSRCW结构)受力性能的影响情况,在已有试验研究的基础上,建立了SMA-PSRCW结构的计算模型,对结构在循环荷载作用下的整体受力性能进行了数值模拟研究,考虑了配筋率、混凝土强度、内填墙厚度以及连接件布置位置和数量等因素对结构的滞回性能、骨架曲线...     

新型自复位连梁阻尼器设计及其力学性能数值模拟研究

为改善高层建筑联肢剪力墙抗震性能,消除传统连梁阻尼器残余位移较大或等效阻尼比较小等问题,设计了一种兼具耗能和自复位功能的形状记忆合金粘弹性连梁阻尼器（Shape Memory Alloy Viscoelastic Coupling Beam Damper,SVCBD）,给出了新型连梁阻尼器的构造形式和工作原理。利用拉普拉斯变换得到的粘弹性材料粘性系数以及超弹性形状记忆合金（Shape Memory Alloy,SMA）本构模型,基于ABAQUS仿真平台建立了SVCBD精细有限元模型;对SVCBD滞回特性进行了模拟分析,并与普通粘弹性阻尼器进行了对比。考虑了SMA丝束初始预应力度、横截面总面积和粘弹性材料层剪切面积等参数对SVCBD滞回特性的影响。分析结果表明:与普通粘弹性连梁阻尼器（Viscoelastic Coupling Beam Damper,VCBD）相比,SVCBD滞回曲线更加饱满,耗能能力更强,残余位移减小,初始刚度也大大提高,具有很好的耗能和复位效果;SMA丝束初始预应力大小、横截面面积（即配置数量）和粘弹性材料层剪切面积均对SVCBD的耗能和复位能力具有明显的影响。     

一种新型SMA阻尼器的试验研究

在对NiTi形状记忆合金（SMA）的力学性能试验研究的基础上,设计了一种新型SMA阻尼器,根据形状记忆合金丝的超弹性分段线性恢复力模型建立了阻尼器的理论模型,并通过阻尼器的性能试验研究验证了理论模型的正确性,试验结果表明这种阻尼器具有较好的耗能能力。     

Structural vibration control by shape memory alloy damper

A damper device based on shape memory alloy (SMA) wires is developed for structural control implementation. The design procedures of the SMA damper are presented. As a case study, eight such SMA dampers are installed in a frame structure to verify the effectiveness of the damper devices. Experimental results show that vibration decay of the SMA damper controlled frame is much faster than that of the uncontrolled frame. The finite‐element method is adopted to conduct the free and forced vibration analysis of the controlled and uncontrolled frame. The experimental and numerical results illustrate that the developed SMA dampers are very effective in reducing structural response and have great potential for use as efficient energy dissipation devices with the advantages of good control of force and no lifetime limits, etc. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.