斜拉桥拉索等用NiTi形状记忆合金阻尼器研究

摘要

结构耗能减振技术是一种结构控制技术，它是通过在结构的适当位置安装耗能减振装置，利用这些装置的耗能来减小结构在强震和大风作用下的振动响应。形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy,简称SMA)具有形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性，利用超弹性效应制成的形状记忆合金超弹性阻尼器就是一种性能优良的耗能减振装置，可以有效的控制结构的动力响应。 本文在综述了国内外耗能减振技术的研究成果及工程应用状况后，设计了一种新型形状记忆合金超弹性阻尼器，然后针对这种新型形状记忆合金超弹性阻尼器进行了理论和试验研究，进行了装有该种阻尼器的拉索结构的振动有限元分析，最后设计了斜拉桥拉索试验模型，做了在不同情况下安装阻尼器的拉索控制试验. 本文基于SMA的超弹性特点，研制了一种新型SMA阻尼器，这种阻尼器能够控制索杆结构垂直于索杆轴线任何方向的振动，能够将这些方向的振动转化为拉压作用，因此该阻尼器特别适用于索杆结构;对该种新型阻尼器进行了力学分析，推导了拉压作用下力与位移公式；并计算了各种工况下的耗能系数、最大阻尼力及最大位移;对该种新型阻尼器进行了动态力学性能试验，试验结果表明，该种阻尼器具有较好的耗能能力，其滞回曲线与理论分析较一致。验证了理论分析方法的正确性，该种方法还可以用来分析其他种类的SMA阻尼器的阻尼能力;用有限元软件进行了斜拉桥拉索振动控制时程分析，比较了在不同位置装有阻尼器和未安装阻尼器时拉索在不同荷载作用下的振动衰减过程，数值模拟证明，在有控下比无控下衰减快，且振动幅值减小;设计了拉索振动控制试验用来模拟实际斜拉桥拉索的振动控制，试验结果与数值模拟分析吻合良好。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1斜拉桥拉索振动控制概论

1.1.1前言

1.1.2几种拉索减振方法简介

1.2形状记忆合金阻尼器的研究现状

1.3本文研究的主要内容

1.3.1本文研究的主要目的和意义

1.3.2本文研究的主要内容

第二章形状记忆合金的物理特性及其力学性能

2.1概述

2.2 SMA的物理特性及其本构方程

2.2.1形状记忆效应

2.2.2超弹性效应

2.2.3弹性模量温度变化特性

2.2.4阻尼特性

2.2.5 SMA的本构关系和方程

2.3 SMA的动态力学性能

2.3.1 SMA耗能系数的计算

2.3.2循环次数对耗能大小的影响

2.3.3温度对SMA耗能大小的影响

2.3.4激振频率对SMA耗能大小的影响

2.3.5振动幅值对SMA耗能大小的影响

2.4本章小结

第三章形状记忆合金阻尼器的设计及理论分析

3.1阻尼器的设计

3.1.1阻尼器尺寸及型式的拟定

3.2阻尼器性能分析

3.2.1阻尼器耗能分析时选用旗帜型恢复力模型

3.2.2阻尼器力—位移公式的建立

3.2.3不同l0时阻尼器Fmax、δmax值的计算

3.2.4阻尼器耗能系数的计算

第四章SMA阻尼器运用于斜拉桥拉索减振控制有限元分析

4.1概述

4.2阻尼器—拉索阻尼系统振动有限元时程分析

4.2.1 SMA阻尼器振动参数的确定

4.2.2分析方案

4.2.3不同情况下的结果对比

4.2.4计算结果分析

第五章SMA阻尼器运用于斜拉桥拉索减振控制试验

5.1概述

5.2阻尼器标定试验

5.2.1试验目的

5.2.2试验装置

5.2.3试验方法与步骤

5.2.4试验结果

5.3拉索振动控制试验

5.3.1试验目的

5.3.2试验方案选择

5.3.3试验装置

5.3.4试验方法与步骤

5.3.5试验结果及分析

第六章总结与展望

6.1本论文的主要工作和主要结论

6.2有待研究的问题与展望

致谢

参考文献