复合稀土铜锌铝形状记忆合金应用于结构减振的基础研究

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由于地震风振等振动引起的工程结构的破坏、人员的伤亡以及经济的损失数不胜数。为此,研究工作者研制了耗能器和耗能支撑框架,并提出架构控制理论。本文介绍了形状记忆合金特殊的形状记忆效应、拟弹性特性、阻尼特性,及其应用于工程减振的研究现状、形状记忆合金本构关系的研究现状。通过热机循环、金相分析、透射衍射试验,研究了合金有利于抗震减振的特殊力学特性;分析了合金特殊的骨架及滞回曲线,分别构造了拟塑性和拟弹性模型;使用片状耗能器被动控制框架振动,建立Simulink模型并以计算机模拟地震波与风载荷。 研究表明:相变点为50C的复合稀土CuZnAl形状记忆合金淬火后的时效时间在7小时左右,可以使板状SMA得到较大阻尼。马氏体态CuZnAl形状记忆合金耗能器具有较大的耗能能力。热机械循环数次以后滞回面积大幅减小,这主要是因为合金在热机械循环过程中位错不断积累,破坏了合金有序结构,可逆马氏体量减少造成的。但相变点高的形状记忆合金的滞回面积减小幅度较小。虽然奥氏体状态的CuZnAl形状记忆合金耗能器在反复热机械循环使用中不需加热冷却,仅靠正逆应力诱发马氏体相变就可恢复形状,但是耗能能力较小,且有较大残余应变。拉伸曲线的骨架曲线与滞回曲线因为残余马氏体的含量不同而使形状不同。由于马氏体开始转变温度的不同,CuZnAl形状记忆合金的骨架曲线模型与滞回曲线模型的参数稍有区别。因此,各种Ms温度的记忆合金的模型需要作修正。马氏体状态记忆合金的力学曲线模型为双线性模型;奥氏体状态记忆合金的模型为对称S型函数曲线。CuZnAl形状记忆合金可用于框架结构的被动振动控制,可使框架具有较大的阻尼比,同时明显降低框架结构的振动频率,从而可使框架结构避开共振。利用Matlab的Simulink模拟框架的振动情况。通过计算所得框架的阻尼比调整修正各个模块参数,得到的框架振动计算机模拟结果与实际测得曲线相符。建立地震波和风载荷模型,并作为外加载荷输入框架振动的计算机模型。
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