基于形状记忆高分子复合材料结构的半主动减振控制

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近年来结构振动控制技术为结构的抗震设计提供了新的途径。结构控制可分为主动控制、半主动控制和被动控制。目前国际上研究最多的是半主动控制。半主动控制特点是在结构振动过程中,由少量的外部能源输入来改变结构的阻尼、刚度以及其他的结构性能参数,从而控制结构振动。它结合了主动控制系统和被动控制系统的优点,并且构造简单,稳定可靠,后期的维护费用也很低。本文基于结构的半主动控制的基本思想,结合形状记忆高分子材料在不同的温度条件下结构刚度可以发生可逆变化的特点,提出了用热致型形状记忆聚合物及其复合材料作为结构半主动控制的控制结构。这类刚度可变结构在平时可以作为普通的受力结构,在结构发生振动时,利用形状记忆聚合物(SMP)材料温度升高刚度变小的特点,改变结构的动力特性,进行半主动控制。为了深入了解SMP材料的用于结构半主动控制的可行性,本文对材料的静态和动态特性和结构振动控制得效果做了如下研究工作:1.研究了热驱动型SMP材料的力学及形状记忆性能。通过实验研究,得到了SMP材料在不同温度下的应力应变曲线、SMP材料的玻璃化温度、弹性模量与温度关系曲线。2.研究了热驱动型SMP材料的动态阻尼性能。采用振动梁法,研究了在不同的温度条件下SMP材料阻尼损耗因子和温度的关系。3.对SMP复合悬臂梁进行了初步振动控制研究,验证SMP复合材料结构进行半主动控制的有效性。测得了该悬臂梁在不同温度下的固有频率。在结构发生共振时,可以通过调整温度而改变结构的固有频率,达到避免共振的目的;同时测试了悬臂梁在不同温度下的刚度变化,以了解温度的变化对结构承载力的影响。
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