SMA支撑体系的滞回性能试验研究及其在海洋平台中的应用分析

发布时间：2020-07-11 22:23

【摘要】：近年来,形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称SMA）在多种领域中应用范围广泛。SMA的两个基本特性是形状记忆效应和超弹性，其中超弹性是土木工程领域中最值得关注的力学性能之一。本文将SMA支撑和Pall-SMA摩擦阻尼支撑体系应用于JZ20-2MUQ海洋平台中，通过有限元软件ANSYS和试验分析形状记忆合金支撑体系的振动控制性能。 本文的主要研究内容： （1）在不同的加载条件下对形状记忆合金进行拉伸试验，得到其在室温下的应力-应变曲线，据此分析合金超弹性特征参数与加载条件的关系，并对丝材、棒材和板材的滞回耗能特性进行对比。结果表明：应变幅值、循环次数和预应变对SMA超弹性性能影响显著，而加载频率的影响很小；实际应用时可预先对SMA进行循环训练，以获得稳定的超弹性性能，也可预先施加一定的预应变幅值，以达到更好的耗能效果；丝材、棒材、板材的滞回耗能规律基本相似，但其具体耗能值、应力值、屈服平台均依次减小，实际应用时可根据不同的耗能要求合理选取SMA的截面形式。 （2）首先对SMA支撑进行仿真分析，并与SMA拉伸试验结果进行对比，表明仿真分析和试验得出的SMA应力-应变曲线变化规律相似，进一步证明SMA具有良好的滞回耗能特性，可应用于结构的振动控制中；然后对Pall-SMA摩擦阻尼支撑体系进行试验研究，分析SMA支撑与Pall型摩擦阻尼器的滞回性能，并将不同截面面积和长度的SMA支撑的滞回性能进行对比。结果表明：选择适宜的SMA支撑长度和截面高宽比，既能获得较好的滞回性能，又可节省材料；滑动螺栓预紧力对支撑体系的滞回性能的影响显著。 （3）将SMA支撑和Pall-SMA支撑体系应用于导管架式海洋平台，利用有限元分析软件ANSYS对海洋平台进行抗震和冰激分析，将其振动控制效果与原结构进行对比，据此分析支撑体系的减振效果。结果表明：由于原结构自身刚度过大，SMA支撑不能充分发挥作用，故将海洋平台原结构设置隔振层形成海洋平台隔振结构以增加隔振层变形，使形状记忆合金支撑充分发挥作用，从而增强耗能能力，研究结果表明分别设置两种支撑体系的海洋平台隔振结构导管架端帽处的最大位移、甲板处的最大加速度均有较好的控制效果，保证了平台的稳定性，满足了安全性和舒适感。同时，相对于SMA支撑，Pall-SMA支撑体系的减振效果更为明显，这是因为Pall型摩擦阻尼器也消耗了部分能量。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P75

【参考文献】

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本文编号：2751007