基于新型形状记忆合金耗能支撑在钢框架结构中的应用研究

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1、北京工业大学硕士学位论文新型形状记忆合金耗能支撑在钢框架结构中的应用研究姓名：牛坤申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：邓宗才20070501摘要结构的动力响应一直是土木工程设计中一个非常重要的问题，特别是对于高层建筑和桥梁等大型土木工程结构的抗震、抗风问题更是如此。而智能材料的开发与应用就为之提供一个有效的新途径，使结构的自适应控制成为可能。尤其是形状记忆合金(SMA)这种新型智能材料，其独特的耗能特性、形状记忆效应、超弹性效应以及高阻尼特性，使得它在抗震设计中有很大的潜力。本文首先介绍了形状记忆合金性能特点及其在

2、土木工程中的应用情况，阐述了目前形状记忆合金本构关系的研究现状，重点介绍了SMA在有限元程序ANSYS中的超弹性本构关系，并且利用ANSYS程序对SMA棒材进行了拉伸试验，分析了材料自身参数对其超弹性性能的影响；接着，归类总结了基于SMA超弹性的各种阻尼器的形式、作用机制、特点及其在结构被动控制中的应用情况；然后，对装有SMA棒材的两层钢结构框架进行了数值模拟，考虑了合金相变参数值、合金的尺寸、预应变、合金在结构中放置方式及位置等变化对结构减震效果的影响。研究结果表明，装有SMA的框架结构顶层位移明显减小，SMA的相变参

3、数值越大，长度越长，减震效果越理想，有预应变的减震器效果更好；最后，基于各种耗能支撑形式的基础上提出了装有SMA棒材作为耗能器的新型耗能支撑体系：SMA剪刀型耗能支撑体系和SMA肘节式耗能支撑体系，并应用ANSYS对装有新型SMA耗能支撑体系的结构进行了瞬态分析。研究结果表明，新型耗能支撑体系可以有效地减小结构在地震作用下的反应。关键词：形状记忆合金：耗能；减震；ANSYS；数值模拟北京【：业人学f：学硕士’Z位论文ABSTRACTThedynamicalrespondofthestructureisaveryimpor

4、tantproblemincivilengineeringdesign,especiallytoearthquake-resistanceandwind-resistanceproblemsi11high—risebuildingsandbridges．Theexploitationandapplicationinsmartmaterials．especiallyshapememoryalloys(SMAs)，provideaneffectiveapproach,andmakethestructuregetintosel

5、fadaptation．SMAsareaclassofmaterialsthathaveuniqueproperties，includingenergy-dissipationcharacteristics，shapememoryeffects，superelasticeffects，andhighdampingcharacteristics．Theseuniquepropertiesarecurrentlybeingevaluatedforapplicationsintheareaofseismicresistantd

6、esignandretrofit．Firstly,thisthesisprovidesareviewofgeneralcharacteristicsofSMAsandintheuseofSMAsforapplicationinseismicresistantdesign．ThepaperreviewscurrentstudiesofthestatusofSMAsconstitutivemodelandhighlightssuperelasticconstitutivemodelinfiniteelementprocedu

7、re．Thentheperformance，theactivemechanism，thecharacteristic，andtheapplicationsofpassivevibrationcontrolincivilengineeringofshapememoryalloydampersareallpresentedhereinwhichbasedonitssuperelasticitybehavior．Thirdly,theSMAsdamperseismiccontroleffectsofasteelflamestr

8、ucturesissimulatedviaANSYSaccordingtoSMAsdamper'stransformationparameter,size，pre-strain,locationandtheplacedwaysandmeans．Theresultsindicatethatthetopfloordisp