超弹性形状记忆合金混杂复合材料振动特性研究

发布时间：2017-09-23 05:10

  本文关键词：超弹性形状记忆合金混杂复合材料振动特性研究

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【摘要】：作为一种智能材料,形状记忆合金(简称SMA)因其具有形状记忆效应、超弹性、高阻尼等众多优良的特性而被广泛的应用在在机械、航天、土木以及医疗电子等领域。相比其他阻尼材料,SMA很容易埋入到结构内部,具有很强的复合能力。因此可以将超弹性SMA与复合材料相结合形成SMA复合材料结构用于减小结构的振动。本文基于超弹性SMA丝的力学试验及其本构模型,主要研究了超弹性SMA单自由度系统振动模型以及超弹性SMA对复合材料悬臂梁振动特性的影响规律。在对SMA基本特性总结归纳的基础上,对超弹性NiTi合金丝进行了力学性能试验,研究了循环次数、加载速率、应变幅值等因素对超弹性Ni Ti合金丝滞回曲线和力学参数的影响,为后续模型建立提供基础。建立了超弹性SMA简化折线恢复力模型,对模型进行了数值求解,并将结果与试验进行了对比,模型仿真结果较好。然后,在此模型基础上建立了超弹性SMA单自由度系统振动模型,对方程进行了数值求解,分析了超弹性SMA对振动系统响应特性的影响,加入超弹性SMA后对系统振动有显著的抑制效果。利用ANSYS软件建立了复合材料悬臂梁有限元模型并对其进行模态分析,求解得到复合材料悬臂梁的固有频率以及模态振型。对含超弹性SMA和不含超弹性SMA的复合材料悬臂梁的求解结果进行了对比,结果表明超弹性SMA的加入对悬臂梁的固有频率和刚度影响不大。利用LMS振动测试设备对含有超弹性SMA的复合材料悬臂梁进行了模态测试,得到了复合材料悬臂梁准确的固有频率和模态阻尼比,验证了有限元分析的正确性。对比了不同数量以及不同预应变超弹性SMA丝对复合材料悬臂梁的固有频率和模态阻尼比的影响。对超弹性SMA复合材料悬臂梁进行了振动特性实验。分析了复合材料悬臂梁在加入超弹性SMA前后测试得到的频响函数,低频段内振动峰值降低,高频段内振动幅值略有增加,因此超弹性SMA在低频时具有更好的减振效果。研究了超弹性SMA数量以及超弹性SMA预应力大小对复合材料悬臂梁减振效果的影响。在ANSYS中,分析了在简谐激励下不同数量、不同埋入位置、不同角度、不同预应力的超弹性SMA对复合材料悬臂梁的位移响应特性的影响规律。
【关键词】：超弹性 形状记忆合金 复合材料 悬臂梁 振动特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG139.6;TB33
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究的目的和意义9-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 形状记忆合金混杂复合材料的国内外研究现状11-12
• 1.2.2 形状记忆合金在结构振动控制方面的国内外研究现状12-15
• 1.3 本文的主要研究工作15-16
• 第2章 超弹性形状记忆合金力学性能试验16-28
• 2.1 SMA材料基本特性16-19
• 2.1.1 形状记忆效应16-17
• 2.1.2 超弹性特性17-18
• 2.1.3 高阻尼特性18-19
• 2.1.4 其他特性19
• 2.2 超弹性SMA丝力学性能试验19-21
• 2.2.1 试验材料与装置19-20
• 2.2.2 试验方案20
• 2.2.3 试验参数20-21
• 2.3 试验结果与分析21-27
• 2.3.1 循环次数对超弹性SMA丝力学性能的影响21-23
• 2.3.2 应变幅值对超弹性SMA丝力学性能的影响23-25
• 2.3.3 加载速率对超弹性SMA丝力学性能的影响25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 超弹性SMA本构模型及其振动系统特性分析28-42
• 3.1 SMA的典型本构模型28-31
• 3.1.1 Tanaka、Liang-Rogers及Brinson模型28-30
• 3.1.2 Graesser & Cozzarelli模型30-31
• 3.2 超弹性SMA单自由度系统动力学特性分析31-35
• 3.2.1 超弹性SMA单自由度系统振动理论31-32
• 3.2.2 超弹性SMA单自由系统的振动特性分析32-35
• 3.3 超弹性SMA在简谐激励下的响应特性分析35-41
• 3.3.1 超弹性SMA简化折线恢复力模型35-38
• 3.3.2 超弹性SMA系统在简谐激励下的位移响应计算38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第4章 超弹性SMA复合材料悬臂梁模态分析与测试42-57
• 4.1 模态分析基本理论42-43
• 4.2 超弹性SMA复合材料悬臂梁模态分析43-48
• 4.2.1 超弹性SMA复合材料悬臂梁有限元模型的建立43-46
• 4.2.2 超弹性SMA复合材料悬臂梁模态求解46-48
• 4.3 超弹性SMA复合材料悬臂梁模态测试48-56
• 4.3.1 模态测试的目的48
• 4.3.2 模态测试理论基础48-49
• 4.3.3 复合材料悬臂梁模态测试的支承方式49-50
• 4.3.4 模态测试外加激励的选择50
• 4.3.5 复合材料悬臂梁模态测试的试件制备50-53
• 4.3.6 模态测试设备53-54
• 4.3.7 模态测试结果分析54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第5章 超弹性SMA复合材料悬臂梁振动特性分析57-69
• 5.1 振动响应理论分析基础57-58
• 5.2 超弹性SMA复合材料悬臂梁振动响应特性分析58-62
• 5.2.1 试验测试中提取振动响应的说明58
• 5.2.2 不同数量超弹性SMA复合材料悬臂梁频响函数对比58-60
• 5.2.3 不同预应变超弹性SMA丝悬臂梁频响函数对比60-62
• 5.3 超弹性SMA复合材料悬臂梁瞬态响应分析62-68
• 5.3.1 超弹性SMA数量对悬臂梁响应特性的影响63-64
• 5.3.2 超弹性SMA埋入位置对悬臂梁响应特性的影响64-65
• 5.3.3 复合材料铺层角度对悬臂梁响应特性的影响65-67
• 5.3.4 超弹性SMA预应变大小对悬臂梁响应特性的影响67-68
• 5.4 本章小结68-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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本文编号：903369