SMA自复位隔震结构地震响应分析

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基于SMA神经网络本构模型的结构地震响应控制

基于SMA神经网络本构模型的结构地震响应控制刘洋;展猛;王社良;杨涛【摘要】利用遗传算法优化BP神经网络初始权/阀值，建立SMA神经网络本构模型，并将优化配置后的SMA应用到一空间杆系结构，通过MATLAB编写Newmark-β算法程序求解结构动力反应，与振动台试验结果进行对比。

结果表明，相比未优化的SMA神经网络本构曲线，优化后本构曲线能更好地预测SMA在反复荷载作用下的超弹性恢复力，是一种稳定性较高的速率相关型动态本构模型。

应用优化配置的SMA丝进行振动控制后，结构地震反应峰值仿真结果与试验结果基本吻合，且得到有效地抑制，验证了SMA神经网络本构模型的适用性和采用MATLAB进行SMA被动控制仿真的可行性。

%The genetic algorithm was used to optimize the initial weight/threshold of BP neural network. The SMA (shape memdry alloy)neural network constitutive model was established, and the SMA optimal allocation was applied to a space truss structure. A Newmark-βalgorithm program was written by means of MATLAB to solve the dynamic response of the structure. The output of computation was compared with the results of shaking table test. Results show that compared with the SMA neural network constitutive curve without optimization, the optimized constitutive curve can precisely predict the superelastic restoring force of the SMA under cyclic loading. Itis a rate-dependent dynamic constitutive model with high stability. After applying optimal allocation of the SMA, simulation results and experimental results of structural seismic response peaks are basically consistent mutually, and the seismic response peak has been effectivelysuppressed. Thus, the applicability of the SMA neural network constitutive model and the feasibility of the SMA passive control simulation based on MATLAB were verified.【期刊名称】《噪声与振动控制》【年(卷),期】2016(036)002【总页数】6页(P166-171)【关键词】振动与波;遗传算法;SMA神经网络;本构模型;振动台试验;振动控制【作者】刘洋;展猛;王社良;杨涛【作者单位】陕西交通职业技术学院公路工程系，西安 710018; 西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055;西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055;西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院，西安 710055【正文语种】中文【中图分类】TU375.3;TU317.1形状记忆合金[1]（ShapeMemory Alloy，SMA）材料本构模型是对SMA性能进行理论分析和试验研究的基础，自从20世纪70年代末Muller等提出了SMA本构模型以来，这方面研究工作才得到了很大发展。

埋入式sma丝聚合物梁自修复能力试验研究

埋入式sma丝聚合物梁自修复能力试验研究聚合物在地震作用下常出现破坏，而对聚合物抗震性能的研究还很少。

埋入式sma丝聚合物梁自修复能力试验研究有助于提高聚合物抗震性能，具有理论与实际意义。

1、研究背景国外建筑材料及结构抗震标准较严格，我国尚未颁布相关规范，因此，我们将依据原位测试方法进行研究。

sma丝抗拉强度、刚度和疲劳强度都较高，是理想的结构材料，能满足工程结构抗震设计要求。

1、概述梁上铺设聚合物可以有效减轻地震灾害造成的损失。

近年来，我国部分地区发生过地震灾害，地震波引起结构破坏是造成建筑损失的主要原因。

我国聚合物抗震性能的研究还很少。

埋入式sma 丝聚合物梁自修复能力试验研究有助于提高聚合物抗震性能，具有理论与实际意义。

1、研究背景国外建筑材料及结构抗震标准较严格，我国尚未颁布相关规范，因此，我们将依据原位测试方法进行研究。

sma丝抗拉强度、刚度和疲劳强度都较高，是理想的结构材料，能满足工程结构抗震设计要求。

sma丝是由丝束编织而成的聚合物复合材料，它具有较大的比表面积，因而孔隙率大。

这样的结构特征使其与建筑骨架界面处的摩擦系数较小，并且表面有着较多的能吸收地震能量的突起。

聚合物梁埋入建筑内部后，当受到荷载作用时，由于内部应变释放产生了压缩应力，而水平荷载也促进了压缩应力的增加。

这种塑性变形降低了损伤系数，从而改善了性能。

在此条件下，埋入的聚合物结构开始变形，逐渐恢复至初始状态。

埋入的聚合物梁可抵抗疲劳裂缝的扩展并降低损伤。

2、研究目的（ 1）了解埋入式sma丝聚合物梁的微观结构及其宏观破坏特征；（ 2）了解埋入式sma丝聚合物梁的低周反复荷载破坏机制及变形破坏规律；（ 3）研究埋入式sma丝聚合物梁的自修复能力；（ 4）研究埋入式sma丝聚合物梁的修复能力与结构的损伤水平之间的定量关系；（ 5）研究埋入式sma 丝聚合物梁的损伤累积规律；（ 6）研究埋入式sma丝聚合物梁的损伤累积规律与所在地的地震参数的关系。

新型材料—形状记忆合金阻尼器SMA的减振技术和工程应用PPT课件

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在直线DCE段（马氏体状态）
在直线BC段（奥氏体状态向马氏体转变状态）
在直线EA段（马氏体向奥氏体转变状态）
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t L
uf
t AL
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6. 两种新型SMA被动耗能器
在目前国内生产的NiTi产品中,丝材是最常见的产品形式,而且丝材的性能比较稳定。针对这种情况, 本文利用形状记忆合金丝的超弹性特性,研制了两种新型被动耗能器,分别称为拉伸型SMA耗能器和剪刀型 SMA耗能器,安装在结构层间使NiTi丝随结构振动产生拉伸弹塑性变形,消耗结构在地震作用下的振动能量, 从而减小结构的振动。
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8. 形状记忆合金的发展趋势
1）铁基形状记忆合金； 2）高温形状记忆合金； 3）磁性形状记忆合金；除以上所述外，正在研究的还有宽滞后形状记忆合金、窄滞后形状记忆合金、形状记忆合金薄膜、高屈服限形状记忆合金、低应力滞后形状记忆合金和低温拟弹性形状记忆合金等。
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(3)使用一个简单的恒温控制器将奥氏体状态下的形状记忆合金的温度控制在某一特定的温度上并使其产生一定的预应变； (4)将常温下为奥氏体状态的形状记忆合金与结构的离散点相联接； (5)利用形状记忆合金制成被动耗能器； (6)在常温下将形状记忆合金丝预加载至弹性极限附近，然后随同其他建筑材料一同植入基材内。
eaM As T bA
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5.2 Liang and Rogers模型 (1)本构方程本构方程同Tanaka模型的本构方程式。
(2)相变方程
Liang 和 Rogers对Tanaka模型进行了改进，主要体现在马氏体相变动力学方程，提出内变量（马氏体相变体积分数）和温度、应力之间呈余弦关系，相变方程采用余弦函数。同时还考虑了内变量在发生马氏体相变和奥氏体相变时初始条件的影响：

自复位单自由度体系随机地震响应分析

自复位单自由度体系随机地震响应分析胡晓斌;江卫波【摘要】给出了自复位体系恢复力的数学描述，建立了正态白噪声地面激励下采用等价线性化法求解自复位单自由度体系随机响应的流程，并采用 Monte-Carlo 法验证了其正确性，最后通过参数分析对随机响应的影响因素进行了研究。

结果表明：结构周期越小，屈服位移系数或耗能参数越大，体系位移方差系数和速度方差系数越小；结构屈服后刚度系数越大，位移方差系数越小，速度方差系数越大；结构周期越大，屈服位移系数、屈服后刚度系数和耗能参数对位移方差系数和速度方差系数的影响越大。

%In this work,the mathematical expression of restoring force of a self-centering system was given.The procedure of solving the random responses of self-centering SDOF(single degree offreedom)system under normal white noise ground excitation was established,which was compared and verified using the Monte-Carlo simulation method. Finally,the factors influencing the random responses were investigated by parametric analyses.The results indicate that the smaller structure period,the larger yield displacement ratio,or energy dissipation parameter leads to smaller displacement variance ratio and velocity variance ratio. With the rise of post-yielding stiffness coefficient, the displacement variance ratio decreases whereas the velocity variance ratio increases.For larger structure period,the yield displacement ratio,the post-yielding stiffness coefficient or energy dissipation parameter exerts greater impact on the displacement variance ratio or the velocity variance ratio.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2016(035)016【总页数】6页(P152-157)【关键词】自复位体系;恢复力;正态白噪声;随机地震响应;参数分析【作者】胡晓斌;江卫波【作者单位】武汉大学土木建筑工程学院，武汉 430072;武汉大学土木建筑工程学院，武汉 430072【正文语种】中文【中图分类】TU352自复位(Self-centering)结构近年来引起了研究者和工程技术人员的高度重视。

可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析

可控摇摆自复位结构体系抗震性能分析本文在回顾可控摇摆自复位结构体系最新发展动态后,进行了有限元模拟方法的试验验证。

并按照这种模拟方法,分别建立了三层和七层可控摇摆自复位结构体系模型,通过两频段选波方法,筛选出合适的地震波进行时程分析。

以理论和模拟研究相结合的方法,具体分析了结构体系在小震、中震和大震下的抗震性能。

主要结论如下:1)通过合理设计,可控摇摆自复位钢框架结构体系利用自身刚体转动,带动放置于两框架间的蝴蝶型耗能钢板耗能,并通过钢绞线提供的回复力,保证结构在地震结束后能够回复到原有位置,实现“小震不坏、中震可修、大震不到”的设防目标。

2)可控摇摆自复位钢框架结构体系的工作性能主要与钢绞线和耗能器协同工作关系有关,而这种协同工作关系通过自复位率来表征,自复位率越大结构在震后残余变形越小,但此时耗能器产生的塑性变形小,耗能效果差,因此对于可控摇摆自复位结构选取合适的自复位率至关重要.本文分别对具有不同自复位率的可控摇摆钢框架结构体系进行了研究分析,得出对于双跨摇摆自复位结构,自复位率取值的合理范围为0.5~1.5。

3)本文对三层和七层可控摇摆自复位结构体系进行抗震性能研究,得出结构性能目标为:(1)在正常使用阶段,柱脚不抬起,此时柱脚节点近似于铰接节点,框架依靠自身刚度抵抗水平侧向荷载,结构的竖向传力路径为板-梁-柱;(2)在多遇地震下,柱脚可以发生轻微抬起,抬起高度不超过结构总高度的千分之二,顶点最大位移比和各层层间位移角不超过0.4%,耗能器不产生塑性变形,结构滞回曲线无滞回环;(3)在中震下,柱脚抬起,在某些地震动作用下,耗能器可以产生一定的塑性变形,结构滞回曲线捏缩,但钢绞线不产生塑性变形,此时结构最大顶点位移比和各层层间位移角不超过1.5%;(4)在罕遇地震下,结构柱脚抬起,耗能器产生较大的塑性变形,结构滞回曲线饱满,但钢绞线依然不产生塑性变形,结构顶点最大位移比和各层层间位移角不超过2.0%。

基于SMA 复合橡胶支座的建筑结构自适应隔震'

模型设计首先确定针对马氏体ＳＭＡ升温开关的闭合状态，自即适应控制律，基于ＳＭＡ复合橡胶支座的自适应控制律为
Ａｘ＜ △ ｘＯｘ） △ 。
（）ｉ
性和突发性，按特定设防标准设计的隔震建筑，在地震烈度和频率特征与预期设计情况差异较大时，则隔震装置的减震、隔震效果就会大大降低，甚至起到放大地震的作用。本文设计的这种新型智能隔震支座，采用两组处于不同物理性能状态的ＳＭＡ拉索Ａ和ＢＡ拉索，处于马氏体状态，Ｂ拉索处于奥氏体状态。Ｂ拉索主要起到耗能器的作用，在地震动过程中，极大地耗散地震能量，降低结构的地震响应；Ａ拉索也可起到一定的耗能减震的作用，但其主要功能是用来实现支座的自适应功能，在结构的地震响应超过预先设定的水平接近共振时，通过索上的温度控制器，升高拉索温度，ＭＡ产生奥氏体相变，Ｓ处于奥氏体状态，由
结构自振周期，使结构远离共振频率，以此减小结构的地震响应，加之ＳＭＡ处于奥氏体状态，其超弹性
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振
动
工
程
学
报
第１卷７
效应也大大增加了隔震支座的耗能能力，进一步减
式中。ｘＩ由式（）（）（ｂｘ）ｂ２，３确定，式中ＳＭＡ各参
小结构的地震响应。这种新型隔震支座另一功能就是具有自复位的能力，如果结构振动结束后，隔震支座由于摩擦力产生了较大的残余变形，可通过升高处于马氏体状态的Ａ索温度，利用其形状记忆效应产生恢复力，使结构复位，同时，Ａ索训练为双程形状记忆效应，可以反复使用，结构复位后，可降低温度使其回到实始状
第１卷增刊７
２０年０４

SMA负刚度双曲面减震装置的优化及抗震性能研究

SMA负刚度双曲面减震装置的优化及抗震性能研究
鄢生全;邵晨曦;曹飒飒
【期刊名称】《世界地震工程》
【年(卷),期】2023(39)1
【摘要】SMA负刚度双曲面隔震装置的试验结果表明:绕支座布置的SMA索在支座转弯处不能自由滑动,导致SMA索的受力与设计目标严重不符。

为解决上述问题,拟提出一种优化升级的SMA负刚度双曲面减震装置。

基于某一连续梁桥,比较研究了正刚度、零刚度与该负刚度装置的抗震性能。

结果表明:该优化装置具有良好的耗能能力、自恢复性能以及强震下的限位能力。

与正刚度装置及零刚度装置相比,该装置具有更好的抗震性能。

【总页数】9页(P100-108)
【作者】鄢生全;邵晨曦;曹飒飒
【作者单位】保利长大工程有限公司;广州大学土木工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TU318
【相关文献】
1.基于形状记忆合金的新型消能减震装置抗震性能研究
2.采用轨道式负刚度装置的结构减震控制研究
3.SMA-负刚度双曲面隔震装置的减震性能研究
4.负刚度非线性能量阱减震控制性能研究
5.多级设防SMA减震装置力学性能试验研究
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SMA被动-自适用控制装置及结构地震反应控制分析

SMA被动-自适用控制装置及结构地震反应控制分析
邢德进;李忠献
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2009(041)012
【摘要】针对SMA被动控制装置减震效果不理想的问题,通过对SMA本构关系的分析,得出SMA弹性模量与温度的关系式,并对超弹性SMA和形状记忆SMA进行了材料性能试验研究.利用SMA弹性模量随温度变化特性和SMA超弹性滞回耗能特性,设计了一种新型SMA被动-自适用控制装置,并给出SMA控制装置最大输出控制力和等效刚度的计算公式.最后,针对某三层框架结构,分别在未控、主动控制和SMA半主动控制三种情况下,进行了地震时程仿真分析.结果表明:大震下框架结构底层位移和加速度反应幅值分别降低50.4%和41.7%,控制效果接近主动控制效果.
【总页数】4页(P115-118)
【作者】邢德进;李忠献
【作者单位】天津大学,建筑工程学院,天津,300072;山东交通学院,土木工程系,济南,250023;天津大学,建筑工程学院,天津,300072
【正文语种】中文
【中图分类】TG113
【相关文献】
1.相邻结构间被动控制装置的位置优化设计 [J], 閤东东;朱宏平;陈晓强
2.SMA阻尼器设计及框架结构地震反应控制分析 [J], 邢德进;汪明栋
3.SMA智能控制装置及结构地震反应控制分析 [J], 邢德进;李忠献
4.框架结构SMA阻尼器被动控制模拟分析 [J], 刘海卿;杨飞;梁亚金
5.基于SMA新型阻尼器的框架结构地震反应控制分析 [J], 王社良;袁磊;杨涛;张明明
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ＳＭＡ自复位隔震结构地震响应分析
杜园芳，王社良。，张博
（．１中国煤炭地质总局航测遥感局，陕西西安７０５；．１０４２西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安７０５）１０５
摘要：由于应力诱发马氏体相变使得基于ＳＡ材料的耗能阻尼器具有自复位功能，Ｍ利用相变伪弹性通过对一种基于ＳＡ材料的自复位耗能阻尼器与橡胶垫联合使用，隔震结构进行了弹塑性分析。该Ｍ对分析依据ＳＡ材料的热力学本构关系，用热力学非线性方程的计算模型，Ｍ采并针对剪切模型编制了弹塑性时程分析程序。研究结果表明，用ＳＡ相变伪弹性特性制作的具有自复位功能的耗能阻尼器联利Ｍ合隔震橡胶垫对结构进行控制，能有效的降低结构地震响应。关键词：Ｍ阻尼器；相变伪弹性；隔震结构；塑性时程分析；震响应ＳＡ弹地中图分类号：Ｉ３２１＂５．２Ｕ文献标识码：Ａ文章编号：１７— １４（０００－－１４－３６２１４２１）４００－０－－
ｐｅｄ－ｌｓｉｉｒｐｒｏｃｎｒｌｔｅｓｒｃｕ．ｓｕｏｅａｔｔｐｏｔｔｏｔｈｔｕｔｒｃｙｅｙｏｅ
ｈｖｅｓｌｒｓｔｎｕｃｉｎ．Ｔｒｕｈｃｍｂｎｎｈｅｆｒｓｔｉｇｅｅｇｏｓｍｉｇｄｐｒｗｔｅｒｂｅｌｎｅｙｕｉｇａｅｔｅｆｅｅｔｇｆｎｔｈ－ｉｏｈｇｏｉｉｇｔｅｓｌｅｅｔｎｒｙｃｎｕｎａｅｉｈｔｕｂｒｂａｋｔｂｓｎｏ－ｎｍｈ
，
（．ｅａＰｏｇａｍｔｄＲｍｔＳｎｉｕｅｕｈａＣａａｄＧｏｇｅｅｕｅｕｉａ，Ｓａｎｉ１０４ｈｉ；１ＡｒｌｈｔｒｍｅｙａｅｏｓｇＢｒ，ＣｉｏｌｎｅｌｙＧｎｒＢａ，Ｘ ’ｎｈａｘ７０５，Ｃｎｉｏｒｎｅｅｎａｎｏｌａｒａ２ＣｌｅｆＣｉＥｇｎｒ，Ｘ ’ｒＵｉｒｔｏｒｉｃｅａｄＴｃｎｌｙｉ帆，Ｓａｒｉ１０５ｈ）．ｏｅｉｌｎｉｅｎｌｏｖｇｅｉｇｉａｎｅｉｃｔｔｎｅｏｇ，Ｘ ’ ｔｖｓｆＡｈｕｙｅｒｈｏｈａａ０５，Ｃ／ｘ７ａｎ
Ａｂｔａｔｏｈｒｎｉｃｔｎｆｒｔｎｉｄｃｄｂｔｓ，ｔｅｅｅｇｏｓｍｉｇｄｍｐｒｏｅｂｓｓｏＭＡｔｒｌｕｄｓｒｃ：ＦｒｔｅｍａｔｓｔｒｓｍａｉｎｕｅｙｓｒｓｈｎｒｙｃｎｕｎａｅｎｔａｉｆｅｉａｏｏｅｈＳｍａｅａｌｉｗｏ
ＳｉｍｉｓｏｓａｙｉｏＭＡｅｆｒｓｔｉｇＩｏａｉｎＳｒｃｕｅｅｓｃＲｅｐｎｅＡｎｌｓｓｆｒＳＳｌ－ｅｅｔｎｓｌｔｏｔｕｔｒｓ
ＤＵａ．ｇ，ＷＡＮＧｈ．ｉｎ；ＺＹｕｎ ‰ Ｓｅ１ｇａＨＡＮＧ２Ｂｏ
第８第４卷期２０１０ＲｓｕｃｓａｄＡｃｉｅｔａｌｏｒａｆｔｅｏｒｅｎｒｈｔｃｕｒＷｅ
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Ｖ１８Ｎｏ４０ｌ．．ｕｇ．，２０１０