基于双程形状记忆效应的SMA-MR隔振器隔振性能研究

作     者：董帅 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：闫辉

授予年度：2022年

学科分类：12[管理学] 083002[工学-环境工程] 1204[管理学-公共管理] 120402[管理学-社会医学与卫生事业管理(可授管理学、医学学位)] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 0837[工学-安全科学与工程] 

主      题：形状记忆合金 金属橡胶隔振器 双程记忆效应 隔振性能 

摘      要：金属橡胶(Metal Rubber,MR)隔振器具有优良的隔振性能,被广泛用于解决苛刻工况下的振动问题。将形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)和金属橡胶材料结合能够用于研制隔振性能随温度变化的半主动控制隔振器,以解决常规隔振器难以适应变载荷和变刚度等工况的难题。然而,目前基于SMA的MR隔振器的双程记忆效应实现方法尚不明确,对于其静力学特性和动力学特性变化规律缺乏深入的研究。本文针对形状记忆合金金属橡胶(SMA-MR)及其隔振器的双程记忆效应和隔振性能展开研究,为进一步实现双程SMA-MR隔振器的半主动控制应用奠定基础。首先,基于Ni Ti形状记忆合金的金相随应力和温度激励的变化规律,分析了SMA微元弹簧和SMA-MR的形状双程记忆效应;通过SMA丝的准静态拉伸试验分析了具有温控特性和超弹特性的Ni Ti金属丝的力学性能差异;通过热处理和训练实现了SMA微元弹簧的双程记忆效应;通过对比两种训练方法试验结果,确定了SMA-MR形状记忆与超弹结合循环训练方法,实现了SMA-MR自由高度随温度变化的双程可控;通过SMA-MR的稳态热传导仿真及温升试验,研究了利用加热片进行半主动控制的可行性。其次,设计了包含温度控制模块和双程记忆效应的SMA-MR隔振器,并完成了在主动温控条件下的准静态试验,得到了SMA-MR构件的静力学性能随往复升降温度的变化规律;基于速度对SMA-MR静力学性能的影响,分析了SMA-MR的迟滞阻尼特性;建立了双程SMA-MR隔振器的力学模型,基于双程SMA-MR隔振器的温控准静态试验,得到了温度和位移幅值对其静力学性能的影响规律。最后,利用双程SMA-MR隔振器、温度控制器和振动试验台搭建了动力学试验系统;完成了循环升降温度条件下的正弦扫频试验,得出了温度对双程SMA-MR隔振器动力学响应的影响;通过不同幅值、不同脉冲宽度的冲击试验发现了冲击隔离系数和响应时间随温度的变化规律;通过隔振器动力学和静力学对比以及不同条件下的冲击力、速度随位移变化对比分析,验证了SMA-MR阻尼特性的分析。SMA-MR隔振器动力学试验研究也为其动态响应性能的双向调节方法提供了一定的依据。