形狀記憶合金橡膠力學行為及橋梁碰撞減震研究.pdf

1、自恢復土木工程結構是近年來提出的一種新型抗災結構體系。與早期采用彈性理論設計的結構相比,其具有塑性耗能能力,可以增加結構的阻尼、減小結構的振動;與采用現(xiàn)代結構設計理論設計的彈塑性內損傷不可恢復結構相比,其具有相似的耗能能力和提供附加阻尼的能力,但同時具有彈性與損傷恢復功能,災后可以自行恢復。形狀記憶材料因具有良好的塑性變形能力和形狀恢復功能,是發(fā)展自恢復土木工程結構最理想的材料之一。
　　結合金屬橡膠的高彈性和形狀記憶合金的形狀記

2、憶效應,本文研究具有變形自恢復性能的形狀記憶合金橡膠材料的制備工藝、力學特性與力學模型、以及其對橋梁地震碰撞的控制性能。主要研究內容如下:
　　首先,提出三種形狀記憶合金橡膠的制備工藝,試驗研究其受壓力學性能,得到其應力-應變非線性滯變關系,揭示其受壓應力-應變非線性行為機理;研究名義密度、加載幅值以及加載頻率對形狀記憶合金橡膠受壓力學性能的影響規(guī)律;研究形狀記憶合金橡膠自恢復性能,分析制備工藝、加載幅值和熱循環(huán)次數(shù)對其自恢復性能

3、的影響規(guī)律,揭示形狀記憶合金橡膠自恢復性和受壓力學性能的熱疲勞退化規(guī)律。
　　其次,根據(jù)形狀記憶合金橡膠的壓縮受力行為,將形狀記憶合金橡膠分解為非線性回復力、庫侖摩擦力以及遲滯力,建立形狀記憶合金橡膠受壓下的宏觀應力-應變本構模型;結合形狀記憶合金橡膠內部構造特點,提出形狀記憶合金橡膠的變節(jié)距彈簧和串聯(lián)-并聯(lián)微觀力學模型、以及內部線匝的組合規(guī)律,揭示形狀記憶合金橡膠內部接觸點數(shù)量隨壓縮變形的變化規(guī)律,建立形狀記憶合金橡膠的微觀本構

4、模型,并進行參數(shù)分析。
　　第三,將形狀記憶合金橡膠沿垂直成型方向分解,以微曲梁接觸對為基本單元,分析加載-卸載過程中微曲梁接觸點數(shù)量隨變形的變化規(guī)律,建立形狀記憶合金橡膠層狀受剪微觀本構模型;通過試驗,研究形狀記憶合金橡膠剪切性能,并建立其剪切力學模型;提出并分析形狀記憶合金橡膠的 Mullins效應及其機理,揭示應力軟化效應的規(guī)律。
　　最后,采用形狀記憶合金橡膠的力學模型,設計橋梁防地震碰撞緩沖器,并進行形狀記憶合金橡