单自由度超弹性SMA减振结构随机振动理论研究.pdfVIP

第34卷第5期 固体力学学报 V01．34No．5 OF CHINESE SOLIDMECHANICS JOURNAL 2013 2013年10月 October 单自由度超弹性SMA减振结构随机振动 理论研究‘ 2 任文杰1’2“ 贾俊森h 窦远明1’2 (1河北工业大学土木工程学院，天津，300401)(2河北省土木工程技术研究中心，天津，300401) 摘要利用形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，简称SMA)丝的超弹性，提出了一种具有复位功能的SMA 阻尼器．在SMA丝的Graesser本构模型基础上，建立了SMA阻尼器恢复力的常规模型，进而提出了其简化模型， 采用随机等价线性化法建立了SMA阻尼器控制的单自由度结构在高斯白噪声激励下的随机振动理论．通过一算 例，考虑不同激励谱密度和结构阻尼比：比较了随机振动理论和蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟法计算的结构振动响 应，证明了随机振动理论的有效性；说明了SMA阻尼器能提高结构的刚度和阻尼比，因而可有效抑制结构的振动， 关键词超弹性形状记忆合金，阻尼器，恢复力模型，随机振动，随机等价线性化法，蒙特卡罗模拟法 0 引言 论．通过一算例，考虑不同激励谱密度和结构阻尼 比：比较随机振动理论和蒙特卡罗(MonteCarlo)模 形状记忆合金(ShapeMemoryAlloy，简称SMA) 是一类对形状有记忆功能的机敏材料，其在奥氏体相 拟法计算的结构振动响应，以评价随机振动理论的 表现出的超弹性，可恢复应变可达8％一10％，具有一 有效性；比较减振结构和元控结构的动力特性和振 定的耗能和阻尼能力，且强度高，抗腐蚀、抗疲劳性 动响应，以验证SMA阻尼器的减振功效． 好，是实现结构振动被动控制的理想材料． 1 SMA阻尼器的设计 近几十年，国内外学者致力于超弹性SMA对 1．1 SMA阻尼器的构造 结构振动被动控制的研究，取得了一些成果，如： SMA阻尼器的设计方案如图1所示．该阻尼器 Dolce等‘1‘2]，Li等‘…，Parulekar等[“，Asgarian和由主板、前副板、右动杆、超弹性SMA丝、左动杆、 Moradi[5]，Ma和Yam¨]，等等．但这些研究均是在限位套筒、后副板、夹具和弹簧夹圈组成．前副板和 确定性荷载下进行的，而未涉及随机激励环境．实际 后副板具有相同的构造尺寸，统称为副板．限位套筒 工程中随机激励是普遍存在的，如风荷载、地震作用 设在主板和副板之问，并与各板间留有极小间隙，以 等，因此研究SMA减振结构在随机激励下的振动 限定主板的安装位置和运动方向，并避免相对运动 性能，对于SMA材料的工程应用具有重要意义． 时限位套筒与各板之问产生摩擦力；左动杆穿过副 本文旨在建立超弹性SMA减振结构的随机振 板左孑L和主板左孑L以及限位套筒，右动杆穿过副板 动理论．利用SMA丝的超弹性，设计一种具有复位 右孔和主板右孔以及限位套筒；弹簧夹圈夹持在左 功能的SMA阻尼器．根据SMA阻尼器的工作原动杆和右动杆上，靠近副板的外表面，以限定两个动 理，在SMA丝的Graesser本构模型基础上，建立杆的安装位置和运动方向；超弹性SMA丝缠绕在 SMA阻尼器恢复力的常规模型，进而提出其简化模 左动杆和右动杆上形成对称布置的两组丝束，并由