一种复合摩擦阻尼器的性能及在空间网格结构中的减振控制研究

摘要

本文主要利用SMA和摩擦材料特性，设计和研究开发了一种新型形状记忆合金-摩擦复合阻尼器，并研究探讨了其在大跨度网格结构中的减振控制理论与控制效果。通过研究主要取得如下创新性成果。 首先，对结构振动控制在大跨空间结构中的研究及应用现状和形状记忆合金在结构振动控制中的研究及应用现状进行了总结。进而利用形状记忆合金与摩擦材料耗能位移相关性，综合两种材料优点设计了一种新型复合阻尼器，建立其相应的理论模型，对其性能进行了研究。其二，通过输入正弦载荷得到了阻尼器相应的滞回曲线，并对阻尼器的影响参数进行了讨论分析。通过对一单自由度结构体系在不同地震波及峰值作用下的动力分析，探讨了复合阻尼器控制效果，系统研究了其减振性能。分析结果表明该新型复合阻尼器具有卓越的阻尼性能。最后，将设计的复合阻尼器应用到大跨度平板网架和柱面网壳结构的减振控制中，并建立了他们的控制理论模型，用SAP通用软件进行仿真分析。通过输入三向El-Centro地震波，先对阻尼器的布置方案进行了优化分析，进而在最优布置方案中，研究分析了复合阻尼器对结构在小震、中震和大震情况下的减振性能，同时还与结构在仅有摩擦阻尼器、仅有SMA阻尼器控制下的减震效果进行了对比分析，分析结果表明复合阻尼器的控制效果在各种工况下都为最优。

目录

文摘

英文文摘

独创性说明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1引言

1.2被动耗能技术及其在大跨空间结构中的应用研究

1.2.1被动耗能技术发展概况

1.2.2消能减震在空间结构中的研究概况

1.2.3消能减震在空间结构中的应用

1.3形状记忆合金在结构控制中的研究现状

1.3.1形状记忆合金的重要特性

1.3.2 SMA的本构关系

1.3.3超弹性形状记忆合金用于被动控制的研究概况

1.4本文主要研究内容

第2章复合摩擦阻尼器的力学模型及性能研究

2.1引言

2.2复合阻尼器的构造与工作原理

2.2.1复合阻尼器的构造及特点

2.2.2复合阻尼器的工作原理

2.3复合阻尼器的设计及本构关系

2.3.1阻尼器的本构关系

2.3.2形状记忆合金产生的恢复力计算

2.3.3摩擦产生的恢复力计算

2.3.4阻尼器的设计及材料选用

2.4各种影响参数对阻尼器性能的影响

2.4.1纯摩擦时各参数分析

2.4.2复合阻尼器的各种参数影响分析

2.5本章小结

第3章复合阻尼器的单自由度分析

3.1引言

3.2单自由度耗能减震结构体系动力反应分析

3.2.1地震振动能量算法方程

3.2.2简化结构模型动力分析

3.3 MATLAB仿真计算结果分析

3.3.1输入E1-Centro南北波

3.3.2输入TAFT东西波

3.5本章小结

第4章复合阻尼器在平板网架结构中的减振控制研究

4.1引言

4.2网架结构模建模及控制原理

4.2.1网架结构计算说明

4.2.2基本假定

4.2.3网架结构体系控制原理

4.3确定结构的控制节点和杆件

4.3.1网架结构振动周期和振型分析

4.3.2节点位移、加速度最大值

4.3.3杆件轴力最大值

4.4加复合阻尼器后网架的动力仿真分析

4.4.1非线性单元的选择

4.4.2方案的选择

4.5本章小结

第5章复合阻尼器在柱面网壳中的减震控制研究

5.1引言

5.2柱面网壳结构模建模及控制原理

5.3确定结构的控制节点和杆件

5.3.1网壳结构振动周期和振型分析

5.3.2网壳的控制节点和杆件

5.4加复合阻尼器后网壳的动力仿真分析

5.4.1方案的选择

5.4.2各种工况时节点位移控制分析

5.4.3各种工况时节点加速度控制分析

5.4.4各种工况时杆件轴力控制分析

5.5本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果

致谢