形状记忆合金辅助索—拉索系统的若干基本问题研究

发布时间：2017-04-14 10:12

  本文关键词：形状记忆合金辅助索—拉索系统的若干基本问题研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：拉索是斜拉桥的主要受力构件,其作用是将主梁自重以及桥面上人行、汽车等恒活荷载传至桥塔上。由于拉索质量和刚度小,且阻尼极小,在风、雨等外界荷载作用下极易产生各种振动。拉索的大幅振动会造成行人及司机的不安,且长时间的大幅振动可能会导致拉索防护套的破坏和水汽的渗入。腐蚀介质的渗入将导致拉索内部高强钢丝的腐蚀及腐蚀疲劳问题,严重地缩短拉索的预期使用寿命。为了抑制拉索的振动,通常采用气动措施、辅助索、阻尼器等措施。在实际工程中往往混合使用这几种措施来达到较好的减振效果。形状记忆合金(Shape Memoery Alloy,简称SMA)丝具有超弹性能,能有效地耗散振动能量。因此它兼有辅助索和阻尼器两种功效,在斜拉索的减振应用上具有良好的潜力。然而,SMA材料在斜拉索减振上的应用尚未成熟,对于SMA辅助索-单索系统的减振效果及温度效应等尚需进一步深入试验研究。附加SMA辅助索-斜拉索系统以及附加阻尼器-索网系统的减振机理和优化设计方法也尚未完全建立。。本文首先基于前人对并联弹簧-阻尼器-垂度拉索系统的理论研究和附加单根接地预张拉SMA丝-单索(3.2m短索)模型系统自由振动试验、SMA丝力学性能试验的相关试验数据,研究了线性化公式对预估该系统低阶振动频率及模态阻尼比的情况。其次,进行了单索(15.15m长索)模型和附加单根接地预张拉SMA丝-单索(15.15m长索)模型的自由振动试验,重点研究了试验温度的变化对该系统平面内一、二阶振动频率和模态阻尼比的影响。数据处理时采用MATLAB中的SPTool工具箱设计FIR滤波器,通过FIR滤波器对试验中获得位移时程曲线进行滤波,从滤波后的数据中获得对数衰减值和系统的自振频率。同时,在此试验的基础上研究了附加在模型拉索上的预张拉SMA丝应变值随时间推移的改变情况及其对系统减振效果的影响。最后,建立了附加阻尼器-双索系统模型,为简化起见,在该索网系统研究中暂不考虑拉索抗弯刚度的影响,把拉索简化成一根张紧弦。采用分离变量法推导出了附加阻尼器-双索系统的复模态特征方程,并分析了相关极限解,研究了两根拉索的质量-张力比、频率比、长度比以及阻尼器的安装位置对系统的前四阶振动模态类型、模态演化、振动频率以及模态阻尼比的影响,同时还讨论了无量纲阻尼系数的改变对系统模态振型的影响。
【关键词】：拉索 形状记忆合金(SMA) 阻尼器 频率 模态阻尼比
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.27;TG139.6
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-21
• 1.1 引言10-12
• 1.2 拉索的振动控制方法12-15
• 1.3 附加辅助索、阻尼器措施的国内、外研究现状15-16
• 1.4 形状记忆合金的力学性能及研究现状16-19
• 1.5 存在问题19
• 1.6 本文的主要研究内容19-21
• 第2章 附加单根接地预张拉SMA丝-单索模型理论与试验研究21-41
• 2.1 引言21
• 2.2 附加单根接地预张拉SMA丝-单索模型理论研究21-26
• 2.2.1 SMA丝力学性能线性化21-22
• 2.2.2 并联弹簧-阻尼器-垂度拉索系统动力特征方程22-23
• 2.2.3 理论结果与试验结果的比较23-26
• 2.3 试验概况26-31
• 2.3.1 试验模型26-28
• 2.3.2 试验设备及数据采集系统28-29
• 2.3.3 数据处理方法29-31
• 2.4 单索性能试验31-33
• 2.4.1 单索试验31-32
• 2.4.2 理论计算32-33
• 2.4.3 理论结果与试验结果对比分析33
• 2.5 附加单根接地预张拉SMA丝-单索模型自由振动试验33-38
• 2.5.1 试验工况33-34
• 2.5.2 室温 20.86℃34-35
• 2.5.3 室温 9.93℃35
• 2.5.4 理论计算35-36
• 2.5.5 理论结果与试验结果分析36-38
• 2.6 预张拉SMA丝应变的变化及其对系统减振效果的影响38-40
• 2.6.1 试验过程38-39
• 2.6.2 试验结果39-40
• 2.7 本章小结40-41
• 第3章 附加阻尼器-双索系统的自由振动模态特性分析41-106
• 3.1 引言41
• 3.2 附加阻尼器-双索系统运动方程推导41-45
• 3.3 系统的极限解45-49
• 3.3.1 质量-张力比v_2的极限解45-46
• 3.3.2 无振动衰减46-47
• 3.3.3 无衰减振动47-48
• 3.3.4 趋近于临界阻尼的振动解48-49
• 3.4 双索等参数情况下的自由振动模态特性49-51
• 3.5 质量-张力比v_2的影响51-52
• 3.6 长度比φ_2的影响52-61
• 3.6.1 二阶振动模态53-56
• 3.6.2 四阶振动模态56-60
• 3.6.3 小结60-61
• 3.7 频率比f_2的影响61-87
• 3.7.1 频率比f_2=0.8 时系统的自由振动模态分析62-76
• 3.7.2 频率比f_2=0.6 时系统的自由振动模态分析76-87
• 3.8 系统长度比与频率比均为 0.8 时的自由振动模态分析87-104
• 3.8.1 一阶振动模态88-90
• 3.8.2 二阶振动模态90-93
• 3.8.3 三阶振动模态93-98
• 3.8.4 四阶振动模态98-104
• 3.8.5 小结104
• 3.9 本章小结104-106
• 第4章 总结与展望106-109
• 4.1 总结106-107
• 4.2 展望107-109
• 参考文献109-113
• 致谢113-114
• 攻读硕士学位期间的研究成果114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 周鹏;黄林根;;柳州壶西大桥斜拉索更换工程施工控制与监测[J];城市道桥与防洪;2007年03期

2 张俊岱,谢尉鸿;委内瑞拉马拉开波桥的拉索检测与调索张拉[J];中外公路;2004年06期

3 陈炳坤,周履;汉堡科尔布兰德桥斜拉索的更换[J];国外桥梁;1997年03期

4 谢玉英;海印大桥换索工程施工质量的监控[J];中南公路工程;1997年01期

5 高际钦;斜拉桥拉索的风振与防振措施[J];国外桥梁;1992年03期

  本文关键词：形状记忆合金辅助索—拉索系统的若干基本问题研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：305768