铜基形状记忆合金弯剪型阻尼器的研究

论文摘要

本文主要研究了一种新型Cu基形状记忆合金(SMA)的力学性能，借助Muller模型和Preisach模型建立了形状记忆合金的本构关系。并利用其超弹性设计了一种形状记忆合金阻尼器，通过试验分析了其动态特性，评价了其减振效果。 首先对结构控制在大型重要结构中的应用和形状记忆合金在结构振动控制中的应用进行了总结。然后对一种CuZnAl形状记忆合金在奥氏体状态下的力学性能进行了试验。通过运用材料学、统计物理学等相关的知识，建立了一个微观上能够同时反映应力诱发马氏体相变和再取向马氏体相变特征的，宏观上能够描述多晶形状记忆合金各类应力—应变滞后行为和内滞后行为，并且可以应用于工程计算的SMA应力—应变滞后模型。 在此基础上设计了一种铜基弯剪形状记忆合金被动耗能阻尼器，通过在有限带宽的白噪声的激励下进行的随机振动试验，对阻尼器的性能进行了验证，对激励和响应的数据进行了谱分析，得出了阻尼器的能量传递率和加速度的传递函数，考察了其消能减振的效果，结果表明阻尼器可以有效地减小系统的振动响应，在实际工程中有着较广阔的应用前景。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 土木工程结构振动控制的研究和进展概况
• 1.2.1 传统土木工程结构抗震方法
• 1.2.2 现代土木工程结构控制概况
• 1.3 形状记忆合金在土木工程结构振动控制中的研究和应用现状
• 1.3.1 形状记忆合金在被动控制中的研究和应用情况
• 1.3.2 形状记忆合金在主动控制中的研究进展和应用概况
• 1.3.3 形状记忆合金在结构振动中的研究现状分析
• 1.4 本文研究的主要内容和创新
• 第二章 SMA的基本特性和力学性能试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 形状记忆合金的基本特性
• 2.2.1 形状记忆效应
• 2.2.2 超弹性效应
• 2.2.3 高阻尼特性
• 2.3 CuZnAl形状记忆合金力学性能的试验
• 2.3.1 引言
• 2.3.2 形状记忆合金试样的制备
• 2.3.3 试验装置
• 2.3.4 试验过程
• 2.3.5 试验结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 Cu基形状记忆合金的应力—应变模型
• 3.1 引言
• 3.2 形状记忆合金的单晶Muller模型
• 3.2.1 Muller模型的应力—应变关系
• 3.2.2 拟塑性Muller模型
• 3.2.3 超弹性Muller模型
• 3.2.4 铁磁滞后的Preisach模型
• 3.3 多晶SMA的应力—应变滞后模型
• 3.3.1 内变量的引入
• 3.3.2 多晶形状记忆合金拟塑性滞后模型
• 3.3.3 多晶形状记忆合金超弹性滞后模型
• 3.3.4 多晶形状记忆合金中间温度滞后模型
• 3.4 正态分布函数
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 正态分布函数
• 3.5 小结
• 第四章 模型计算与参数的数值识别
• 4.1 引言
• 4.2 相分量变化规则
• 4.2.1 单个滞后元中相分量的变化
• 4.2.2 一次加卸载过程中相分量的变化
• 4.2.3 多次加卸载过程中相分量的变化
• 4.3 参数识别方法
• M（T）、E_A（T）、ε_m⁰（T）的确定'>4.3.1 E_M（T）、E_A（T）、ε_m⁰（T）的确定
• h、（?）_w、∑_y、∑_h、∑_w的识别'>4.3.2 （?）y、（?）_h、（?）_w、∑_y、∑_h、∑_w的识别
• 4.3.3 非线性最小二乘的解法
• 4.3.4 参数的无量纲化和归一化
• 4.4 数值模拟效果的评价
• 4.5 数值计算的结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 阻尼器的设计和减振性能的试验
• 5.1 引言
• 5.2 阻尼器的结构设计
• 5.3 阻尼元件的ANSYS有限元分析
• 5.3.1 ANSYS概述
• 5.3.2 单元类型的选择
• 5.3.3 有限元模型的建立
• 5.3.4 计算和分析的结果
• 5.4 阻尼器的试验测试和分析
• 5.4.1 振动试验系统设计及传感器标定
• 5.4.2 采样及采样频率的选定
• 5.4.3 数据信号的预处理
• 5.4.4 振动信号的分析和处理
• 5.4.5 减振性能的评价
• 5.5 阻尼器的结构尺寸对减振效果影响的分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在读研究生期间发表的论文