形状记忆合金混凝土通电加热激励效率研究与分析

摘要

随着智能材料结构逐渐兴起，形状记忆合金(Shape MemoryAlloy,简称SMA)作为一种新型重要的智能材料，由于其优异的形状记忆效应和超弹性等特性而被广泛研究应用于土木工程领域。其中，利用SMA筋的形状记忆效应，将常温下马氏体状态的形状记忆合金丝进行预拉伸后埋入钢筋混凝土梁内，制作成形状记忆合金混凝土梁，则可以通过对SMA筋加热激励产生回复力来实现梁的应力和变形主动控制。加热形状记忆合金时电流和热量将传到混凝土结构上，从而使形状记忆合金本身的温度难以提高，同时也给结构构件的安全性带来问题。因此，本文将通过试验和有限分析研究提高形状记忆合金加热激励效率的方法。本论文具体的研究工作如下:
　　1、对形状记忆合金丝的主要性能进行了测试，通过试验研究了形状记忆合金丝的合金相变温度、极限回复应变、电阻率与应变变化规律。
　　2、研究了影响SMA筋加热激励效率的主要因素，提出了三种提高SMA筋加热激励效率的方法:方法一是在SMA筋表面缠绕漆包线提高其加热电阻，从而提高SMA的加热速率;方法二是在SMA筋表面涂抹绝缘胶，阻止热量扩散，从而提高SMA的加热速率;方法三是在SMA筋表面缠绕漆包线，然后在漆包线涂抹绝缘胶。通过试验研究了三种方法的激励效率，并与SMA筋直接通电加热激励效率进行了对比分析。
　　3、将在表面缠绕漆包线SMA筋，表面涂抹绝缘胶SMA筋、和表面末作处理的SMA筋分别埋入混凝土制作形状记忆合金智能混凝土梁。通过试验研究了各种智能混凝土的梁的激励效率和加热时的温度场。
　　4、利用ANSYS软件建立有限元分析模型，对SMA混凝土梁的加热激励的全过程进行了瞬态热分析，得到了加热时截面温度的传递及分布规律，为今后研究混凝土温度场所引起的热应力对梁的影响提供了参考依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 智能材料结构简介

1．2 形状记忆合金发展状况

1．3 形状记忆合金的基本力学性能

1．3．1 形状记忆效应

1．3．2 超弹性效应

1．3．3 高阻尼特性

1．3．4 电阻特性

1．3．5 弹性模量随温度改变效应

1．4 形状记忆合金在土木工程领域的研究现

1．4．1 结构振动控制

1．4．2 混凝土结构应力、损伤修复控制

1．5 课题研究的目的与意义

1．6 本文的主要研究内容

2 形状记忆合金丝主要性能测试及激励试验研究

2．1 引言

2．2 形状记忆合金主要性能测试

2．2．1 形状记忆合金相变温度

2．2．2 形状记忆合金的极限回复应变测试

2．2．3 合金丝应变与电阻率关系

2．3 形状记忆合金丝激励试验研究

2．3．1 形状记忆合金的加热方式

2．3．2 试验设计及方法

2．3．3 激励试验结果及分析

2．4 本章小结

3 形状记忆合金智能混凝土梁通电激励试验研究

3．1 引言

3．2 试验设计

3．2．1 合金外表处理

3．2．2 试件的设计与制作

3．2．2 热电偶布置和安装

3．3 试验方法

3．4 试验结果及分析

3．4．1 有粘结形状记忆合金混凝土梁测点升温曲线

3．4．2 有粘结形状记忆合金混凝土梁激励结果与分析

3．4．3 无粘结形状记忆合金混凝土梁测点升温曲线

3．4．4 无粘结形状记忆台金混凝土梁激励结果与分析

3．5 本章小结

4 形状记忆合金智能混凝土梁温度场有限元分析

4．1 引言

4．2 混凝土梁温度场分析理论及有限元分析

4．2．1 混凝土热工性能

4．2．2 热传过程的基本方程

4．2．3 热传分析的有限元计算

4．3 有粘结形状记忆合金混凝土梁温度场有限元分析

4．3．1 有限元模型建立

4．3．2 工况分析及计算

4．3．3 分析结果与试验验证

4．4 无粘结形状记忆合金混凝土梁温度场有限元分析

4．4．1 有限元模型建立

4．4．2 分析工况及计算

4．4．3 分析结果与试验验证

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与科研及发表论文情况

致谢