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超塑性合金及其结构减震阻尼器的性能研究

作　者: 杨菲菲
导　师: 董雪花
学　校: 南京理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 耗能减震室温下 Zn-22Al合金试验数值分析
分类号: TU352.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 41次
引　用: 1次
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内容摘要

通过在建筑结构中增设耗能减震装置(阻尼器),可以为结构提供附加阻尼,从而减小结构主体在风载和地震作用下的反应,这种技术称为耗能减震技术,目前正迅速地发展起来。作为阻尼器中重要的一种,金属阻尼器材料的选取对其减震性能影响很大。本文在已有的结构耗能减震理论的基础上,从材料的角度出发,在以下方面进行了研究：(1)在室温下对四种不同处理工艺的Zn-22Al合金试样进行了四种不同初始应变速率的单向拉伸试验研究,获得了这四种处理工艺下材料的拉伸试验数据。试验表明处理温度为555K的材料具有良好的延性,且流变应力较低,没有明显的拉伸硬化现象。超塑性合金Zn-22Al的这些性能使其适合用于制作金属阻尼器。(2)在室温下对处理温度为555K的两种Zn-22Al合金试样进行了三种不同初始应变速率的压缩试验,获得了这两种处理工艺下材料的压缩试验数据。结果表明处理温度为555K的Zn-22Al合金的压缩性能和拉伸性能基本一致。(3)根据上述试验获得的数据,对Zn-22Al合金制成的平面外屈服阻尼器和平面内屈服阻尼器分别进行了理论计算和有限元数值分析。理论计算结果与有限元数值分析结果接近且均表明了平面内屈服阻尼器在很小的位移下就可以达到塑性阶段,耗能能力较强。这些都显示了Zn-22Al合金更适合用于制作平面内屈服阻尼器。(4)利用有限元软件ANSYS对设置和未设置Zn-22Al平面内屈服阻尼器的九层框架结构分别进行了多遇和罕遇地震作用下的时程分析。结果表明,设置了阻尼器的结构在地震作用下的反应均小于未设置阻尼器的结构,且结构主体可以保持在弹性范围内工作,证明这种Zn-22Al合金平面内屈服阻尼器的减震性能良好。本文中的试验和分析获得的结论,可以为超塑性合金Zn-22Al阻尼器的设计及其在结构中的实际应用提供参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-16
  1.1 选题背景  10
  1.2 耗能阻尼器概述  10-12
    1.2.1 金属阻尼器  10-11
    1.2.2 粘弹性阻尼器  11
    1.2.3 摩擦阻尼器  11
    1.2.4 粘滞阻尼器  11-12
    1.2.5 复合阻尼器  12
  1.3 金属阻尼器研究现状  12-13
    1.3.1 软钢阻尼器  12-13
    1.3.2 铅阻尼器  13
  1.4 超塑性合金阻尼器的研究现状及意义  13-15
    1.4.1 超塑性材料概述  13-14
    1.4.2 超塑性合金阻尼器的研究现状与意义  14-15
  1.5 本文主要内容  15-16
2 Zn-22Al合金的拉伸性能  16-31
  2.1 试验材料和处理工艺  16
  2.2 试验方法和试样尺寸  16-17
  2.3 试验结果及分析  17-30
    2.3.1 应力-应变曲线  17-23
    2.3.2 断后伸长率  23-25
    2.3.3 流变应力与抗拉强度  25-27
    2.3.4 应变速率敏感性指数(m值)  27-29
    2.3.5 弹性模量及泊松比  29-30
  2.4 本章小结  30-31
3 Zn-22Al合金的压缩性能  31-36
  3.1 试验方法和试样尺寸  31
  3.2 应力-应变曲线  31-34
    3.2.1 概述  31-32
    3.2.2 555K轧制处理Zn-22Al合金的应力-应变曲线  32-33
    3.2.3 555K挤压处理Zn-22Al合金的应力-应变曲线  33-34
  3.3 流变应力  34-35
  3.4 本章小结  35-36
4 Zn-22Al合金阻尼器的性能  36-46
  4.1 概述  36-37
  4.2 平面外屈服耗能阻尼器——三角形Zn-22Al板式阻尼器  37-40
    4.2.1 三角形Zn-22Al板式阻尼器相关尺寸  37-38
    4.2.2 三角形Zn-22Al板式阻尼器的阻尼力模型  38-39
    4.2.3 三角形Zn-22Al板式阻尼器性能数值分析  39-40
  4.3 平面内屈服耗能阻尼器——剪切型Zn-22Al合金阻尼器  40-45
    4.3.1 剪切型Zn-22Al合金阻尼器相关尺寸  40-41
    4.3.2 剪切型阻尼器的阻尼力模型  41-42
    4.3.3 剪切型阻尼器性能数值分析  42-43
    4.3.4 圆弧过渡剪切型阻尼器  43-45
  4.4 本章小结  45-46
5 Zn-22Al合金阻尼器对结构减震效果的数值分析  46-64
  5.1 概述  46-47
    5.1.1 耗能减震原理  46
    5.1.2 地震作用分析方法——时程分析法  46-47
  5.2 工程概况  47
  5.3 ANSYS有限元模型  47-48
  5.4 模态分析  48-50
  5.5 输入地震波的选用及调整  50-53
  5.6 多遇地震作用下阻尼器减震效果数值分析  53-58
    5.6.1 结构水平位移  53-57
    5.6.2 结构柱剪力  57
    5.6.3 结构层间位移角  57-58
  5.7 罕遇地震作用下阻尼器减震效果数值分析  58-63
    5.7.1 结构水平位移  58-62
    5.7.2 结构柱剪力  62
    5.7.3 结构层间位移角  62-63
  5.8 本章小结  63-64
6 结论与展望  64-66
  6.1 结论  64-65
  6.2 展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70

超塑性合金及其结构减震阻尼器的性能研究

内容摘要

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