發(fā)布時(shí)間：2017-11-27 08:20

  本文關(guān)鍵詞：SMA阻尼器及相關(guān)被動(dòng)控制結(jié)構(gòu)的理論分析

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【摘要】：在結(jié)構(gòu)上安裝耗能裝置可以減少結(jié)構(gòu)在地震等特殊荷載下的動(dòng)力反應(yīng),通過耗能裝置可以吸收全部或部分地震能量,從而降低主結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng),保證結(jié)構(gòu)的安全。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中被動(dòng)控制因其構(gòu)造簡(jiǎn)單,無需外部能源輸入等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。形狀記憶合金(Shape Memory Alloy,簡(jiǎn)稱SMA)具有形狀記憶效應(yīng)、超彈性等特性,越來越多應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中。目前已有學(xué)者利用SMA開發(fā)出多種被動(dòng)控制阻尼器,本文針對(duì)課題組前期開發(fā)的自復(fù)位SMA阻尼器,分別采用基于材料本構(gòu)和數(shù)學(xué)模型兩種方法對(duì)阻尼器及相關(guān)被動(dòng)控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論分析,同時(shí)分析了在不同樓層位置安裝阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制效果的影響。具體工作如下:(1)采用基于材料本構(gòu)的方法對(duì)SMA阻尼器的力學(xué)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬,并分析阻尼器參數(shù)變化對(duì)阻尼器耗能性能的影響。鑒于SMA阻尼器是位移驅(qū)動(dòng)型阻尼器,首先針對(duì)課題組前期開發(fā)的阻尼器,建立阻尼器力與位移的平衡方程,輸入位移激勵(lì)求得SMA的應(yīng)變,通過SMA的Brinson材料本構(gòu)方程求解出絲組應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上得到阻尼器力和位移的關(guān)系�？紤]到SMA絲組長(zhǎng)度、直徑、預(yù)應(yīng)變以及彈簧預(yù)應(yīng)力等參數(shù)對(duì)阻尼器耗能性能有影響,設(shè)計(jì)了不同參數(shù)的阻尼器,并對(duì)這些阻尼器的力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值模擬。分析了上述參數(shù)對(duì)單圈耗能量、等效切線剛度和等效阻尼比的影響。(2)首次在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,采用數(shù)學(xué)模型對(duì)SMA阻尼器的力學(xué)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。Bouc-Wen模型為無物理意義參數(shù)的數(shù)學(xué)方程,可以描述非線性遲滯系統(tǒng)的力與位移關(guān)系。針對(duì)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上SMA阻尼器的滯回曲線,定義一組有物理意義的參數(shù)來描述此滯回曲線;分析Bouc-Wen模型中各參數(shù)對(duì)遲滯曲線的影響,確定數(shù)學(xué)模型中參數(shù)與上述阻尼器參數(shù)的關(guān)系;求得Bouc-Wen模型的參數(shù),并在此基礎(chǔ)上模擬阻尼器的力與位移的關(guān)系;對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證該方法的正確性。(3)采用基于材料本構(gòu)和數(shù)學(xué)模型的方法對(duì)利用SMA阻尼器減震的鋼框架性能進(jìn)行分析。根據(jù)被動(dòng)控制結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程,在層間剪切模型的計(jì)算模型的基礎(chǔ)上,選取合理的地震激勵(lì),分別采用基于材料本構(gòu)模型和基于數(shù)學(xué)模型兩種方法來模擬控制力,進(jìn)行被動(dòng)控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)程分析。針對(duì)底層安裝SMA阻尼器的四層鋼框架結(jié)構(gòu)算例,采用上述兩種方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行時(shí)程分析,模擬了在El-Centro波、Taft波和人工波作用下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),對(duì)比無控和兩種模擬方法下有控結(jié)構(gòu)的樓層位移、加速度峰值、最大層間位移角和樓層剪力,評(píng)價(jià)了阻尼器的減震效果。(4)分析在不同樓層位置處安裝阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制效果的影響,根據(jù)減震控制原則,確定目標(biāo)函數(shù)和加權(quán)系數(shù);制定不同樓層位置處設(shè)置阻尼器的減震方案,基于數(shù)學(xué)模型模擬不同減震方案下被動(dòng)控制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),并求得目標(biāo)函數(shù);對(duì)比理論分析結(jié)果,確定阻尼器的最優(yōu)布置。針對(duì)五層鋼框架結(jié)構(gòu)實(shí)例,提出安裝單個(gè)阻尼器和兩個(gè)阻尼器的結(jié)構(gòu)布置方案,分析不同減震方案下結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng),根據(jù)目標(biāo)函數(shù),確定阻尼器的最優(yōu)布置。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU352.1

【相似文獻(xiàn)】

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2 武s，

本文編號(hào)：1231205