形状记忆合金对钢筋混凝土梁驱动效应的ANSYS分析

摘要

该文主要对形状记忆合金的基本本构关系及埋入形状记忆合金的钢筋混凝土梁的变形及振动控制等方面进行了研究.首先通过对形状记忆合金现有的几种本构模型的比较研究,对描述马氏体内部变量的方程做了一定的改进,在此基础上,重新推导出了形状记忆合金在受限回复时的本构模型,此模型比较简单,更适合于工程应用.同时,编程模拟了不同预应变条件下形状记忆合金在受限回复时应力与温度的关系,与实验结果进行了比较,为进一步研究提供了理论前提.接着,将常温下为马氏体状态的Ni-Ti形状记忆合金丝预拉伸到产生塑性变形后,把其偏心埋置于钢筋混凝土梁中,利用合金特殊的形状记忆效应,通过加热合金丝使其发生马氏体逆相变从而产生巨大的回复力来驱动钢筋混凝土梁,该文运用通用有限元计算软件ANSYS进行了建模,通过静力和模态分析,得出了在激活跟未激活形状记忆合金两种状态下,不同预应变的形状记忆合金丝对钢筋混凝土梁变形结果、应力状况和固有频率的调节作用,初步证明可以利用形状记忆合金对混凝土梁施加较大的预应力,提高梁的强度和刚度,从而实现结构变形和振动的主动控制.

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1智能材料与智能材料结构体系的发展

1.1.1形状记忆合金材料的发展历程

1.1.2智能材料结构系统在土木工程中的发展和应用概况

1.2形状记忆合金的应用和研究现状

1.2.1形状记忆合金在工业及医学上的应用

1.2.2形状记忆合金在土木工程中的应用

1.2.3形状记忆合金用于裂纹控制和损伤监测

1.3本文问题的提出及研究内容

2形状记忆合金

2.1形状记忆合金的基本概念

2.1.1马氏体相变

2.1.2热弹性马氏体相变和非热弹性马氏体相变

2.1.3形状记忆效应

2.1.4伪弹性及超弹性

2.1.5形状记忆效应和相变伪弹性的区别

2.2 Ni-Ti合金丝的马氏体描述

2.3 Ni-Ti合金丝的本构关系

2.3.1形状记忆合金的热滞回线

2.3.2 Ni-Ti合金丝相变的本构关系

2.3.3合金丝在自由状态下(未受外力的情况下)

2.3.4在外加应力诱发产生马氏体的情况下

2.3.5 Ni-Ti合金丝在不同情况下的回复关系

2.4 Ni-Ti合金丝的触发方式

3形状记忆合金用于结构的主动与被动控制

3.1形状记忆合金用于结构的主动控制

3.2形状记忆合金用于结构的被动控制

4形状记忆合金－维热力学本构模型

4.1 SMA模型内变量的改进

4.2 SMA回复力的表征

4.3受限恢复应力与温度关系数值模拟

5形状记忆合金对钢筋混凝土梁的驱动模拟

5.1 ANSYS软件及模拟单元

5.1.1 ANSYS软件简介

5.1.2 Link8单元和Solid65单元

5.1.3混凝土与钢筋及SMA之间的组合模型

5.2埋入SMA绞线的钢筋混凝土简支梁的建模及求解

5.2.1材料模型的选取

5.2.2简支梁模型的建立

5.2.3简支梁模型的求解及后处理

5.3模型梁的求解结果

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

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