室温下大尺寸Zn-22Al合金的力学性能研究及减震性能分析

论文摘要

Zn-22Al合金具有低的屈服应力、高的延展性和不易加工硬化的特性,是一种很有潜力的金属耗能器材料,有着很大的发展空间,可以预见其在结构耗能减震领域会有广阔的发展前景和应用价值。但是,目前国内,室温下大尺寸Zn-22Al合金试件,是否具有较好的性能研究极少,尤其是否可以满足用到实际结构中进行抗震的研究更少。本文通过尝试不同的加工工艺来获得大尺寸Zn-22Al合金试件,分析和研究室温下大尺寸Zn-22Al合金试件的拉伸、压缩力学性能以及其超塑性,并利用有限元软件分析模拟了Zn-22Al合金阻尼器板的减震效果。以拉伸实验为基础,制备了不同工艺的拉伸试样,测定了Zn-22Al合金在不同应变速率下的断后延伸率、流变应力以及材料弹性模量与泊松比等,得到了最大延伸率213%；对比了不同应变速率下的弹性模量,不同应变速率对弹性模量会产生影响,但结果差别不大；获得了可参考的弹性模量、泊松比和剪切模量；分析了合金的流变应力,最小为97Mpa,最大为365Mpa；得到了合金的规定非比例延伸强度Rp0.2最小值为60Mpa以及最大抗拉强度为374Mpa,可供实际工程参考。以压缩实验为基础,制备了不同工艺的压缩试样,测试和分析了不同应变速率下压缩应力-应变曲线、压缩真应力-真应变曲线以及压缩流变应力变化趋势；最后对不同应变速率下规定非比例压缩强度进行了测试。不同加工工艺下,压缩流变应力均随着应变速率的增大而增大；最大压缩流变应力为313Mpa,最小为119Mpa；不同工艺下,规定非比例压缩强度都随着应变速率的增大而增大,合金的规定非比例压缩强度RPc0.2最小值为118Mpa。利用实验得到的相关参数,采用有限元软件ANSYS对一八层钢框架结构进行了动力时程分析,得出了该结构在多遇和罕遇地震下的地震响应,分析了Zn-22Al合金的减震性能,并比较了层层设置阻尼器与隔层设置阻尼器的减震效果。得出Zn-22Al合金阻尼器板具有良好的减震性能。通过实验研究和有限元分析获得了以上成果,对建筑结构中设计和应用大尺寸Zn-22Al合金阻尼器提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 选题的科学意义与应用前景
• 1.1.1 选题的科学意义
• 1.1.2 研究的应用前景
• 1.2 超塑性定义及金属超塑性发展概况
• 1.3 超塑性分类及影响因素
• 1.3.1 超塑性分类
• 1.3.2 超塑性的主要影响因素
• 1.4 Zn-22Al合金的研究现状与应用
• 1.5 本文研究的主要内容
• 1.6 本文的主要创新点
• 2 耗能减震结构体系的概念与原理
• 2.1 耗能减震原理及分类
• 2.1.1 耗能减震原理
• 2.1.2 耗能减震装置的分类
• 2.2 金属耗能的特性及减震原理
• 2.3 金属耗能器的应用
• 2.4 本章小结
• 3 不同加工工艺Zn-22Al合金的拉伸性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验设备和仪器
• 3.3 实验所用的材料制备
• 3.4 试件尺寸
• 3.5 材料拉伸性能测试
• 3.5.1 不同加工工艺Zn-22Al合金的拉伸标称应力-标称应变关系
• 3.5.2 不同加工工艺下Zn-22Al合金的真应力-真应变关系
• 3.5.3 不同加工工艺下Zn-22Al合金断后延伸率
• 3.5.4 不同加工工艺下Zn-22Al合金拉伸的流变应力
• 3.5.5 弹性模量及泊松比的测试
• 3.6 力学性能测试结果分析
• 3.6.1 不同加工工艺下不同应变速率延伸率测试结果分析
• 3.6.2 不同加工工艺下不同应变速率超塑性性能分析
• 3.6.3 不同加工工艺下不同应变速率真应力-真应变结果分析
• 3.6.4 不同加工工艺下不同应变速率流变应力测试结果分析
• 3.6.5 Zn-22Al合金材料不同应变速率弹性模量测试结果分析
• 3.6.6 不同加工工艺下不同应变速率抗拉强度测试结果分析
• 3.6.7 不同加工工艺下不同应变速率规定非比例延伸强度测试结果分析
• 3.7 本章小结
• 4 不同加工工艺Zn-22Al合金的压缩性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验设备和仪器
• 4.3 压缩性能测试
• 4.4 实验过程
• 4.4.1 试件尺寸的确定
• 4.4.2 不同加工工艺下Zn-22Al合金的压缩应力-应变关系
• 4.4.3 不同加工工艺下Zn-22Al合金的压缩真应力-真应变关系
• 4.4.4 不同加工工艺下不同应变速率流变应力变化关系
• 4.5 结果分析与讨论
• 4.5.1 不同加工工艺下不同应变速率的压缩应力-应变分析结果
• 4.5.2 不同加工工艺下不同应变速率的真应力-真应变曲线结果分析
• 4.5.3 不同加工工艺下不同应变速率Zn-22Al合金材料超塑性性能分析
• 4.5.4 不同加工工艺下不同应变速率流变应力趋势分析
• 4.5.5 不同加工工艺下不同应变速率非比例压缩强度的变化趋势
• 4.6 本章小结
• 5 Zn-22Al合金阻尼器结构的减震时程分析
• 5.1 计算模型概况
• 5.2 框架结构的模态分析
• 5.2.1 模态分析的必要性
• 5.2.2 模态分析的结果
• 5.2.3 模态分析结论
• 5.3 地震波的选用及调整
• 5.3.1 地震波的选用
• 5.3.2 地震波的调整
• 5.3.3 有限元分析采用的地震波
• 5.3.4 恢复力模型
• 5.3.5 ansys结构模型
• 5.3.6 ansys求解设置
• 5.3.7 ansys瞬态分析简介
• 5.4 层层设置Zn-22Al合金阻尼器结构的减震效果分析
• 5.4.1 多遇地震作用下减震效果分析
• 5.4.2 罕遇地震作用下减震效果分析
• 5.5 本章小结
• 6 隔层设置阻尼器结构的减震效果分析
• 6.1 引言
• 6.2 建立模型
• 6.3 隔层设置阻尼器后框架结构的减震效果分析
• 6.3.1 多遇地震作用下减震效果分析
• 6.3.2 罕遇地震作用下减震效果分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 后续工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录