基于形状记忆合金阻尼器的高层框架结构抗震优化的研究

摘要

随着材料科学的迅速发展，作为一种新型的功能材料，形状记忆合金(Shape Memory A11oy)在工程结构中有着良好的应用前景，同时也可为研究土木工程结构的振动控制理论及应用方法提供一个新的途径。因此，研究SMA阻尼器及其在结构振动控制中的应用，特别是在一些特殊结构振动控制中的应用，具有重要的理论意义和工程应用前景。
　　 结构耗能减振技术是一种新型的结构控制技术，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作用下的振动响应。形状记忆合金(SMA)具有形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性，利用其超弹性制成的形状记忆合金阻尼器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，在理论上和实用上都是很有价值的。
　　 本文对常见的高层混凝土框架结构在不同结构刚度比的情况下进行动力时程分析，通过改变阻尼器影响参数来优化阻尼器在结构中的应用。根据得出的位移控制量随刚度比的变化曲线，确定最适合的结构刚度比对减震控制最有效的范围，从而对阻尼器在结构中的使用进行优化研究。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1传统抗震设计方法及现行规范要求

1.2耗能减震控制

1.2.1 耗能减震的概念

1.2.2 耗能结构的原理

1.2.3耗能减震装置

1.2.3 耗能减震结构的优越性及应用范围

1.2.4耗能减震控制的发展展望

1.3形状记忆合金((Shape Memory Alloy简称：SMA)

1.3.1 形状记忆合金的研究现状

1.3.2 形状记忆合金的主要特性及其在土木工程领域的应用

1.3.3 国内外针对SMA阻尼器结构抗震设计的研究现状

1.4问题的提出

1.5本论文的主要研究内容

2 SMA的材料特性及其本构模型

2.1概述

2.2形状记忆合金材料特性

2.2.1 SMA形状记忆效应

2.2.2 SMA相变伪弹性(超弹性)

2.2.3 形状记忆合金材料的阻尼特性

2.3形状记忆合金的力学性质

2.3.1 形状记忆合金的热力学模型及其本构关系

2.3.2 形状记忆合金的恢复力模型

2.4常用的形状记忆合金材料及其特性参数

2.5工程常用的阻尼器与SMA阻尼器的前景

3 有限元分析理论及结构耗能减震分析

3.1有限元理论

3.1.1 有限单元法简介

3.1.2 有限单元法分析的基本过程

3.2 ANSYS概述

3.2.1 ANSYS软件功能简介

3.2.2 耗能减震单元在ANSYS中的实现

3.2.3 非线性问题以及ANSYS分析应用

3.3消能减震结构的减震机理及SMA阻尼器减震分析方法

3.3.1 结构控制的减振机理

3.3.2 SMA阻尼器被动控制结构地震响应分析的基本原理和方法

3.4框架结构的ANSYS地震动力时程分析

3.4.1 框架结构的模态分析

3.4.2 框架结构地震作用下的动力时程分析

4设置SMA阻尼器高层框架结构控制优化

4.1 SMA阻尼器框架结构建模基本假定及ANSYS模型的确定

4.1.1 结构建模基本假定

4.1.2 ANSYS模型的确定

4.2分析方案

4.2.1 结构分析方案

4.2.2阻尼器布置方案

4.3高层框架结构模态分析

4.4高层框架结构地震时程分析

4.4.1 第一种结构时程分析

4.4.2 第二种结构时程分析

4.4.3 第三种结构时程分析

4.4.4 第四种结构时程分析

4.4.5 第五种结构时程分析

4.4.6 第六种结构时程分析

4.5结果分析

5结论与展望

5.1主要工作及结论

5.2有待研究的问题及前景展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果