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自复位SMA环簧阻尼器的数值模拟及应用

自复位SMA环簧阻尼器的数值模拟及应用

作者：郑翔远华中科技大学

学位级别：硕士

基于形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)研制的阻尼器近年来被广泛应用于自复位结构体系的研究中。作为新型SMA减震构件,SMA环簧阻尼器兼具自复位和摩擦耗能的双重特性。为研究SMA环簧阻尼器对结构地震响应的影响,本文利用ABAQUS模... 详细信息

基于形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)研制的阻尼器近年来被广泛应用于自复位结构体系的研究中。作为新型SMA减震构件,SMA环簧阻尼器兼具自复位和摩擦耗能的双重特性。为研究SMA环簧阻尼器对结构地震响应的影响,本文利用ABAQUS模拟预紧后SMA环簧阻尼器的力学性能。基于模拟结果,在开源软件Open Sees中对不同SMA环簧阻尼器布置方案的六层钢框架进行动力时程分析,从多个结构地震响应指标分析SMA环簧阻尼器的耗能减震效果。具体工作如下:(1)介绍了形状记忆合金的基本特性和几种唯象理论本构模型,利用ABAQUS软件中的超弹性材料本构模拟了SMA环簧的超弹性效应,通过与已有试验数据比对,表明该超弹性材料本构能够较好模拟出SMA环簧的超弹性性能。(2)模拟预紧SMA环簧阻尼器的力学性能,采用基于马氏体相变转化率与加载位移关系的预紧初始消压荷载修正公式,对模拟结果进行修正,以此减小该材料本构因无法考虑预紧后不完整马氏体相变所造成的误差。通过与已有试验结果对比,修正后的有限元模拟结果能够反映SMA环簧阻尼器的实际力学性能。基于此,探讨了有无预紧位移、环簧厚度、环境温度等因素对SMA环簧阻尼器力学性能的影响。(3)在Open Sees软件中对无控钢框架和自复位SMA环簧阻尼器钢框架进行多遇和罕遇地震响应时程分析,从阻尼器滞回曲线、顶层位移、最大层间位移角和基底剪力等指标对SMA环簧阻尼器的减震效果进行分析,结果表明SMA环簧阻尼器能够有效降低结构地震响应。(4)对不同SMA环簧阻尼器布置方案的钢框架进行强震作用下结构地震响应分析。分别从强震下各层残余位移和残余层间位移角等指标对比分析,结果表明安装SMA环簧阻尼器能够有效提升钢框架在强震下的自复位能力。

关键词： SMA环簧阻尼器超弹性效应阻尼器布置方案有限元模拟减震效果分析

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安装SMA环簧阻尼器的钢框架地震响应分析

土木工程与管理学报 2023年第1期40卷 85-91页

作者：郑翔远龙晓鸿卢春德马永涛贾昆齐华中科技大学土木与水利工程学院湖北武汉430074 华中科技大学控制结构湖北省重点实验室湖北武汉430074

本文利用ABAQUS模拟设置预紧位移的SMA环簧阻尼器力学性能,采用初始消压荷载修正公式修正了有限元模拟结果。在此基础上,探究了有无预紧位移对SMA环簧阻尼器滞回性能的影响。基于ABAQUS的模拟结果,在开源软件OpenSees中对无控钢框架和安... 详细信息

本文利用ABAQUS模拟设置预紧位移的SMA环簧阻尼器力学性能,采用初始消压荷载修正公式修正了有限元模拟结果。在此基础上,探究了有无预紧位移对SMA环簧阻尼器滞回性能的影响。基于ABAQUS的模拟结果,在开源软件OpenSees中对无控钢框架和安装SMA环簧阻尼器的钢框架进行地震响应时程分析。结果表明:有限元模拟结果能够反映出SMA环簧阻尼器的自复位性能,初始消压荷载修正公式能一定程度减小不完整马氏体相变造成的有限元模拟与试验结果的误差。设置预紧位移后SMA环簧阻尼器的初始刚度、最大承载力和耗能能力明显提高。在相同大小的加载位移下,预紧后的SMA环簧阻尼器展现出更加高效的耗能能力。安装SMA环簧阻尼器能够有效降低结构的地震响应,提高结构的自复位能力,减小震后的残余变形。

关键词： SMA环簧阻尼器超弹性效应自复位结构减震效果分析有限元模拟

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形状记忆合金在结构振动控制中的应用

世界地震工程 2002年第3期18卷 123-129页

作者：董军辉薛素铎周乾北京工业大学建筑工程学院北京100022

形状记忆合金是一种在结构振动控制领域具有广阔应用前景的智能材料。本文结合形状记忆合金的形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性等特点,分别从结构的被动控制、主动控制及智能控制三个方面系统总结了形状记忆合金的研究现状,最后指... 详细信息

形状记忆合金是一种在结构振动控制领域具有广阔应用前景的智能材料。本文结合形状记忆合金的形状记忆效应、超弹性效应和高阻尼特性等特点,分别从结构的被动控制、主动控制及智能控制三个方面系统总结了形状记忆合金的研究现状,最后指出了需进一步研究的方向。

关键词：结构振动控制形状记忆合金智能材料智能结构形状记忆效应超弹性效应

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具有低温马氏体转变的新型亚稳β钛合金的设计及组织性能研究

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具有低温马氏体转变的新型亚稳β钛合金的设计及组织性能研究

作者：胡宇鹏河北工业大学

学位级别：硕士

钛合金由于具有优异的生物相容性,广泛应用于人体硬组织的替换和修复。新型β钛合金具有较低的弹性模量,可以避免植入后产生“应力屏蔽“效应因而得到广泛的研究和应用。而在亚稳β钛合金中发现存在有热弹性马氏体的转变,不仅使之具有... 详细信息

钛合金由于具有优异的生物相容性,广泛应用于人体硬组织的替换和修复。新型β钛合金具有较低的弹性模量,可以避免植入后产生“应力屏蔽“效应因而得到广泛的研究和应用。而在亚稳β钛合金中发现存在有热弹性马氏体的转变,不仅使之具有形状记忆效应和超弹性效应,而且在合金的马氏体转变温度附近可以使合金获得很低的弹性模量。本研究利用这一理论,并结合D-电子合金设计方法,设计出两种不含有毒元素的生物医用钛合金,并使用WKII型真空非自耗电弧熔炼炉进行合金试样的熔炼,随后针对新设计合金进行加工及热处理工艺的制定,并研究不同热处理工艺对材料组织及性能的影响。此外,还对所设计合金进行了腐蚀实验,并通过研究合金在模拟体液中对Ca、P元素的诱导能力及溶血实验,对合金的生物相容性做出评价。结果表明:1.所设计合金均为亚稳定型β钛合金,并且在室温下可由应力诱发产生马氏体相变。2.所设计成份合金经过固溶水淬处理之后具有很低的弹性模量,约为40GPa,在拉伸过程中表现出非线性的弹性变形。经过时效处理后弹性模量略有增加,抗拉强度也有所提高;3.室温下,经过固溶处理的合金样品发生形变时都呈现出一定程度的超弹性效应,但是并未观察到形状记忆效应,可能是因为合金马氏体相变点低于测试温度所致。4.经过腐蚀试验和溶血实验发现,合金较NiTi有更好的耐腐蚀性能和血液相容性;在模拟体液中,两种成份合金都能够诱导Ca、P沉积,具有较好的骨相容性。

关键词：生物医用材料钛合金超弹性效应 d-电子合金设计方法弹性模量马氏体

形状记忆合金数值模型的不确定性分析及其在结构震害分析中的应用

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形状记忆合金数值模型的不确定性分析及其在结构震害分析中的应用

作者：李金朋山东大学

学位级别：硕士

超弹性形状记忆合金(SMA)是一种在经历大的非弹性变形后,可自行恢复形状并同时耗散能量的材料,在建筑物和桥梁的振动控制中具有广阔的应用前景。通常利用优化方法确定SMA材料的属性参数,并将其应用于基于SMA的抗震结构动态分析之中。本... 详细信息

超弹性形状记忆合金(SMA)是一种在经历大的非弹性变形后,可自行恢复形状并同时耗散能量的材料,在建筑物和桥梁的振动控制中具有广阔的应用前景。通常利用优化方法确定SMA材料的属性参数,并将其应用于基于SMA的抗震结构动态分析之中。本文研究选择采用Metropolis-Hasting算法来计算SMA数值模型中参数的概率分布特征,从而对SMA模型不确定性进行探讨和研究,并将其应用于装有SMA设备的抗震结构的地震时程分析中。首先,对具有相同几何尺寸和热处理的SMA棒进行了一系列循环拉伸测试,并选择部分实验数据,使用马尔可夫链蒙特卡罗方法(Markov Chain Monte Carlo,MCMC)对SMA数值模型参数进行采样;然后,基于参数样本来计算其概率特性;最后,基于模型参数的概率特性分析SMA数值模型的不确定性。研究进一步采用考虑随机变量间相关性的线性矩理论,建立起基于MCMC采样样本的高效采样器进行采样,用于装有SMA支撑的六层钢框架的非线性响应时程分析。通过对最大顶部位移角,最大层间加速度等响应结果的不确定性研究,探讨了了 SMA模型参数的不确定性对装有SMA支撑的结构非线性响应时程分析的影响。

关键词：形状记忆合金超弹性效应循环加载的不确定性 Metropolis-Hasting算法马尔可夫链蒙特卡洛方法线性矩理论非线性响应时程分析

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金属内耗的工程应用——减振及高减振合金

工程科学与技术 1983年第2期 149-156页

作者：刘家玺

机械在运行中产生的振动,会影响机械的使用性能和使用寿命。而且机械振动引起的噪音强度达90分贝以上时会危害人体健康,即使在90分贝的环境中工作,丧失听力的人数也比80分贝的多20％。因此,在工程技术领域内减弱机械振动已成为一项重要... 详细信息

机械在运行中产生的振动,会影响机械的使用性能和使用寿命。而且机械振动引起的噪音强度达90分贝以上时会危害人体健康,即使在90分贝的环境中工作,丧失听力的人数也比80分贝的多20％。因此,在工程技术领域内减弱机械振动已成为一项重要任务。

关键词：减振性金属材料内耗值减振合金高阻尼合金减振材料减振超弹性效应应力—应变曲线工程应用

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形状记忆合金及其在汽车等方面的应用

世界汽车 1985年第1期 43-48页

作者：吕莉雯李子卿

一、引言形状记忆合金(shape Memory,以下简称SM)是近年来引人注目的新型功能材料之一,在变形行为方面具有一般材料所没有的特异功能。一般金属材料在外力作用下,一旦超过弹性极限就发生塑性变形,这种变

关键词：马氏体相变逆转变变形行为马登斯相变位移性相变记忆合金形状记忆效应母相热弹性马氏体金属转变超弹性效应汽车

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形状记忆合金的发展和应用

兵器材料科学与工程 1988年第10期 41-51页

作者：石霖北京理工大学

本文系统地介绍了“形状记忆合金”的特征、应用领域和最近的发展概况。文中首先针对以热弹性马氏体相变为根据的记忆合金中出现的记忆效应、超弹性效应等现象,从原理上扼要地予以说明;其次,用典型示例对记忆合金在机械、电子、能源、... 详细信息

本文系统地介绍了“形状记忆合金”的特征、应用领域和最近的发展概况。文中首先针对以热弹性马氏体相变为根据的记忆合金中出现的记忆效应、超弹性效应等现象,从原理上扼要地予以说明;其次,用典型示例对记忆合金在机械、电子、能源、医学等众多领域中的应用成果做了示范性的解说;最后,指出了目前形状记忆合金的发展趋势和需要解决的一些关键问题。

关键词：形状记忆合金超弹性效应记忆合金精密合金马氏体相变马登斯相变位移性相变形状记忆效应

医用镍钛形状记忆合金——一种新颖的生物医学工程材料

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上海钢研 1987年第3期 1-7页

作者：杨海波季之强

一、前言 NiTi形状记忆合金,是当今世界研究最为活跃的新型功能材料。由于该合金具有奇异的形状记忆效应和超弹性效应,故在航天、航空、机械、仪器仪表以及石油化工等领域得到广泛应用。但它作为生物医学工程材料应用于临床植入人体,这... 详细信息

一、前言 NiTi形状记忆合金,是当今世界研究最为活跃的新型功能材料。由于该合金具有奇异的形状记忆效应和超弹性效应,故在航天、航空、机械、仪器仪表以及石油化工等领域得到广泛应用。但它作为生物医学工程材料应用于临床植入人体,这还是最近几年的事。据报导:虽早在70年代初,美国、日本等国已开展了NiTi合金的医学基础研究,但大多数似乎只着重于该合金材料在动

关键词：形状记忆合金记忆合金精密合金形状记忆效应合金材料母相超弹性效应生物医学工程马氏体片