结构地震响应监测与控制的形状记忆合金(SMA)智能系统

相变 开始温 度 ：－３ ℃， 氏体相 变结束温度 ：一ｌ ℃。 － ５ 奥 ８
因此 ，该 Ｎ Ｔ 丝 常温下处于奥 氏体状态 。 ｉｉ 试 验所用 试件标距 均为 １０ ｍ，将试件 固定在试 ２ｍ 验机 的上、下夹头 间，试件 的力和变形数据 通过试验机 的力和位 移传感器 采集 ， 力、应变 结果则根据试件 的 应 直径和标距 计算得 到。 试验中还采用 Ｔ型热 电耦测量试 件的温度 。
验 ，验证 了该装置的有效性 。 点 ，因此在 结构振动控制领域有很 好的应 用前景 。 本 文利 用奥 氏体 Ｓ ＭＡ 的超 弹性和应 变 自感 知特 性， 开发 了同时具有位移监测和减 振功能 的土木 工程 结
构Ｓ ＭＡ 阻尼器／ 移传 感器 。该装置安装在 多、高层 结 位
构的层 间，抑制 结构地震响应 ，同时对地震响应进行 实 时监测 ，为地震后 结构快速安全评定 、结构地震损伤 机
关键 词： 形状 记忆合金 ；超 弹性 ；应 变 自感 知 ；阻号： Ｔ ３ ＊ Ｇ１９． ６ 文献标 识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ ．７ １ ０ ７增刊一２ ２０ ０ １９ ３ （ ０ ） ２ ３４ ．５
２ Ｓ ＭＡ 超 弹 性 性 能 试验
维普资讯
助
材
料
２０ 年增刊 （８ 卷 ０７ ３）
结 构 地 震 响应 监 测 与控 制 的形 状 记 忆 合 金 （ ＭＡ）智 能 系统 木 Ｓ
毛晨 曦 一 ， ，李 惠２ ，欧 进 萍 ２
（． １ 东北林业大学 土木５ 程学 院， １ ２ 黑龙江 哈尔滨 １０ ４ ； ． ５ ０ ０ ２哈尔滨 工业大学 土木５ 程学 院， １ ２ 黑龙江 哈尔滨 １０９ ） ５０ ０ 摘 要 ： 利用形状记忆合 金的超 弹性特性 和应 变 自感 知 特性 ，开发 了 Ｓ ＭＡ 阻尼器／ 位移传感 器 ，集成结构振 动控 制与监 测智 能系统 ， 安装在 结构层 间抑 制结构地 震 响应 ，同时监 测结构 响应 ，为地 震后结构快速 安全评定 提供数据 。文 中首先对奥 氏体 状态 Ｓ ＭＡ 的超弹性特性 和应 变 自感知特性进行 了详 细的试验研 究； 然后详 细阐 述 了Ｓ ＭＡ 阻尼 器／ 位移传 感器的构造设 计； 最后将 Ｓ ＭＡ 阻尼 器／ 位移 传感 器安 装在结 构模型上 进行 了振 动 台试
究 。 此外 ，还有很多研 究者 利用 Ｓ ＭＡ 的超 弹性特 性 ，开发土 木工程结构 Ｓ ＭＡ 被动阻尼器 ，与其他 金属 阻尼器相 比，Ｓ ＭＡ 阻尼器具 有耐 久性 和耐腐蚀 性好 、 使 用 期 限长 、允许大 变形 并且 变 形可 恢 复等 一系 列优
（） １利用试验 机的恒温箱 ， 保持 ＮＴ 丝 的环境温度 不变 ， ｉｉ 考 察加载频 率对其超 弹性特性 的影 响。 循环加载频 率分
２１ 试验 设备及工 况 ．
ｌ 引 言
结 构健康 监测 与结 构振 动控 制是 提 高土 木工 程结 构抗 震性 能 、减 轻地 震损 失 的相互 联系 的两个 重要 手
试验 是在 黑龙 江省 科学 院石 油化学 分 院胶粘 剂重 点实验 室的 Ｉ Ｔ Ｏ ５ １液压伺服疲 劳试验机上进 ＮＳ Ｒ Ｎ ８０
尼等多种特殊 性能，以及 优 良的耐久 性和耐腐蚀 性 。 近 年来 ，Ｓ ＭＡ 智 能结构 系统 的研 究备 受重 视 ［ ，所 谓 １ 】 Ｓ ＭＡ智能结构 系统即将 Ｓ ＭＡ筋 、 丝或颗粒 与其他基体 材料 （ 高分子聚合物 、金属材料和 混凝土材 料等 ）复合
而形 成 的具有 自适 应特 性和 多功 能特 性 的智 能 结构系
行 的 。 该试 验 机 配有 环 境温 度箱 ，可 控温 度 一ｌ Ｏ ２ ～
段 ：结构 健康监 测提 供 了结构地 震 响应 的现 场观 测技 术， 为揭示 结构地 震非线 性损伤机理和 破坏倒塌 机制开 辟 了崭新 的途径 ； 结构 振动控制 已经被 证 明是减 小结构 地 震反应 、改善结构抗震性 能的积 极有效 的方法 。 结 将
目前开发成熟 的各种 功能材料 中， 只有形状记 忆合 金 （ｈｐ ｍｏｙ ａ ｏ ，简称 Ｓ ｓａｅ ｍｅ ｒ ｌ ｙ ｌ ＭＡ）同时具有感 知和 驱动功 能 ，并且 可恢复变形大 ，是开发 土木工程 智能结
构系统 的理想材 料。 Ｓ ＭＡ 具有形状记 忆 、超弹 性、应 变 自感知 、高阻
采用 试验机对 各试件施加单 向正弦循 环拉伸激励 。
为考 察环境 温度 ，加载 频率及加 、卸载循 环数对 Ｎ Ｔ ｉｉ
Ｓ ＭＡ 丝超弹 性性能 的影响，设计 了如下 的试验工况 ：
统 。其 中哈尔滨工业大 学的李惠 、刘 志强 、欧进萍等对 Ｓ ＭＡ 混凝土梁 的损伤 自监测 与 自修 复进行 了系统 的研
构健康 监测与 振动控 制系统集为一体 ， 将大大 降低结构 智能系统的复杂性和造价 ，增加其 可行性 。
２ ０Ｃ，精度 ±２ ５＂ ℃。
试验 所用材料 为 Ｎｉｉ Ｔ 形状记忆合金丝 （ 深圳 以太 人科 技有 限公司 生产 ）直径 为 １ ｍｍ， ， ． ２ 组分为 Ｔ．０８ ｉ ．％ ５ （ 子分数 ） ， 原 Ｎｉ 其在 零应力状态下 的马氏体相变开始 温度 ：－ ６ ℃，马 氏体相变 结束温度 ：－５ ℃，奥 氏体 － ９ － ４
理研 究等提 供数据 。文 中首先对奥 氏体状态 Ｓ ＭＡ 的超 弹性特性和应 变 自感知特性进行 了详细的试验研 究； 然 后 详细阐述 了 Ｓ ＭＡ 阻尼器， 位移传感器 的构造 设计 ； 最 后将 Ｓ ＭＡ阻尼器／ 位移传感器 安装在 结构模型上进行 了
振 动台试验 ，验证 了该装置的有效性 。