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简介:近年来,如何提高土木工程结构的安全性和耐久性逐渐受到人们的重视。目前用于土木工程的智能材料有形状记忆合金、压电材料、光栅纤维和磁流变液。形状记忆合金作为结构的振动控制,可以有效地增加结构在地震荷载下的挠度。因此,结构振动控制是形状记忆合金在土木工程领域的主要研究方向。

关键词:形状记忆合金,土木工程,振动控制,健康监测。近年来,如何提高土木工程结构的安全性和耐久性逐渐受到人们的高度重视。

通过世界各国学者的共同努力,人们提出了一些更前沿的方法来提高结构的安全性和耐久性。其中,智能材料构成的智能材料结构体系在土木工程领域的应用不仅具有吸引力,而且具有潜在的革命性。目前用于土木工程的智能材料有形状记忆合金、压电材料、光栅纤维和磁流变液。

在众多智能材料中,形状记忆合金是一种具有形状记忆功能的材料,具有自感知、自临床和自适应功能。1932年,美国学者奥兰德在研究金镉合金时发现了形状记忆效应(SME)。

纸质格式。此后,形状记忆合金的研究和应用真正开始了。形状记忆合金作为智能材料之一,首先被广泛应用于航空航天、机器人、医疗等仪器的前沿领域。近年来,随着材料加工技术和工业生产能力的提高,形状记忆合金在土木工程中的研究和应用也发展缓慢。

形状记忆合金因其可恢复变形大、有限恢复时驱动力相当大、抗突发事件能力脆弱、阻尼性能低、抗疲劳性能好、能够构造多种变形形式,使其更容易与混凝土、钢材等材料结合而越来越受到重视。国内外许多学者对形状记忆合金在土木工程中的应用进行了理论和实验研究。1 1SMA 1.1形状记忆效应(SME)形状记忆效应最重要的特征是指具有热弹性或形变引起的马氏体热力学的一些材料处于马氏体状态,经过一定程度的形变后,当冷却到马氏体消失温度时,材料可以完全恢复到形变前的形状和体积的功能,如图1右图所示。根据材料记忆功能的不同,可分为单向、双向和全方位SMEs。

单向SME是指材料一次不能移动,即冷却后高温下恢复形状,并保持形状;双通SME是指材料经过反复冷却和加热后需要恢复到低低温的形状;全方位SME是指材料具有双向记忆特性,如果加热到较低的温度,往往可以出现在高温下几乎被忽略的形状。1.2超弹性(PE)超弹性是指当SMA温度高达奥氏体热力学的成品温度Af时,读数形变弹性为无穷大,即非弹性应急后,读数形变引起的马氏体热力学,但这种马氏体随着形变的消失而消失,即使不冷却,也不会产生马氏体逆热力学,完全回到原来的母相(奥氏体互变)。变形引起的宏观变形,随着逆热力学的发展,几乎会消失。

2.形状记忆合金在土木工程中的应用。2.形状记忆合金作为结构振动控制的应用,可以有效提高结构在地震荷载作用下的偏移能力,是土木工程中形状记忆合金的主要研究方向。目前,将形状记忆合金用于结构的主动控制时,主要研究形状记忆合金执行器的设计以及如何提高执行器的应用频率;对于被动控制,主要研究形状记忆合金材料的阻尼元件和隔振器的设计。只有设计理想的执行元件和智能阻尼元件,才能更有效地控制结构振动。

如何利用形状记忆合金的特性来控制结构振动,特别是控制地震作用下建筑结构的振动,提高形状记忆合金的材料性能,开发突发事件大、驱动力大、调用频率低、性能稳定的新型形状记忆合金材料,是目前国外非常活跃的研究课题。2.3结构裂缝和损伤的主动观测和控制是当前工程结构中一个非常值得关注和亟待解决的问题。在一些大型结构中,一些关键受力构件非常容易开裂和损坏,一旦频繁发生,不会导致重大事故。

然而,传统的技术和方法不能及时发现构件中的裂纹和应力集中小的零件。它可以利用形状记忆合金对紧急情况的脆弱性、高电阻率和冷却后的巨大弹性,并配备微处理器以集成传感和驱动,然后包括自动观察裂纹或损伤并主动控制裂纹扩展的原始控制系统。形状记忆合金制成丝或薄膜,在不易产生裂纹或应力集中小的地方较硬。当裂纹或损伤发生时,位于裂纹表面的形状记忆合金会随着裂纹表面张开偏差的减小而局部变形,从而使其材料电阻值发生变化。

随着裂纹的大幅度扩展和附加载荷的大幅度减小,其张开偏差也将大幅度减小。位于构件裂纹处的形状记忆合金的变形也大大逆转,适当的电阻值也大大提高。微处理器可以识别和监测其电阻值的变化量和变化规律,当元件的裂纹或损伤达到必须控制的范围时,形状记忆合金的变化信号经微机控制系统分析判断后自动接收控制信号,形状记忆合金通电冷却。

当冷却温度达到形状记忆合金的变化点时,其内部会产生恢复效应,形状记忆合金会再次作用,试图膨胀。由于裂纹面单独受力向下张开停止其恢复,所以SMA产生相当大的恢复力。恢复力随着裂纹尖端张开偏移量的减小而减小。纸质格式。

这种恢复力改变了裂纹钝化的应力状态,驱动裂纹张开,增大了裂纹张开的偏差,构建了裂纹的主动控制。在实际应用中,为了对结构进行修改,形状记忆合金自身的特性和伪弹性也可以用来构造裂缝的被动控制。

3目前不存在的问题虽然形状记忆合金具有许多独特的性能,但在结构隔热控制的可行性研究和应用中显示了其优越的性能和应用前景,但总的来说,对形状记忆合金与结构隔热相关的特性的研究了解得太多,形状记忆合金驱动器的开发仍然没有问题。(1)形状记忆合金作为驱动器,在激励合金时必须消耗能量,冷却或加热形状记忆合金产生驱动力必须需要一定的时间,这使得它可以在一定程度上控制频率。如果有必要,应该通过通电和材料本身的电阻加热来鼓励。

因为合金的电阻并不大,所以必须受到大电流和细线的鼓励,这并不限于在一些智能材料结构中。与用于保温的形状记忆合金相对应,其保温合金的衰减率较小,衰减率过度依赖于温度和振幅,其良好的加工性能和较高的价格使得形状记忆合金可以用于保温。因此,进一步研究形状记忆合金的性能,提高形状记忆合金执行器的响应速度,尤其是深入研究与结构绝缘相关的性能,具有重要的现实意义。

(2)功能材料2)形状记忆合金的发现,改变了金属热胀冷缩、弹性变形为线性的传统观念。胡克定律并不限于这种材料。

因此,为了对形状记忆合金进行主动和被动控制,对形状记忆合金的宏观力学性能进行深入研究,有必要建立适合工程应用的修正本构模型。(3)利用形状记忆合金的超弹性效应和低阻尼特性制作阻尼器来提高结构的地震响应是可行的。

此外,试验还验证了形状记忆合金阻尼的隔热和抗震效果。因此,新塑造了我
此外,带形状记忆合金控制器的结构隔热控制效果研究、形状记忆合金控制器在结构工程中应用的可行性研究、实用工程设计方法研究以及形状记忆合金控制器的可靠性和耐久性有待进一步加强。结论本文详细阐述了形状记忆合金的主要特点及其在土木工程领域的应用方向。

虽然形状记忆合金的理论有待进一步完善,其在土木工程中的应用仍处于试验阶段,但随着形状记忆合金性能研究的积极发展,其在土木工程中的应用前景非常广阔。|pp电子官方网站。

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