形状记忆合金(SMA)是一种全新的功能性材料,具有很多独特的材性特性,如超弹性效应、形状记忆效应、高阻尼性能和变弹性模量性能等,利用其特殊的力学行为和物理性能,使之成为控制装置应用到结构工程振动控制领域,必将展现出明显的优势和广阔的应用前景。对应用形状记忆合金的结构进行振动控制研究分析,为推广和使用形状记忆合金这种智能材料奠定了坚实的理论基础,将会产生巨大的经济效益和社会效益。本文利用形状记忆合金独特的超弹性性能和形状记忆性能,研发了基于形状记忆合金被动、主/被混合抗震控制系统,提出相应的控制理论及策略,并进行了计算机仿真模拟及振动台试验。主要工作和研究内容包括:(1)采用计算机伺服控制材料试验机,进行了13组52根奥氏体、10组30根马氏体形状记忆合金材料的力学性能试验,通过改变电流、加载幅值、加载速率、循环次数和直径等主要试验参数,研究了形状记忆合金材料的恢复力特性,结果表明加载幅值和加载速率是影响奥氏体材料恢复力特性的主要参数,电流和加载幅值是影响马氏体材料恢复力特性的主要参数。(2)基于上述材性试验和数值分析结果,以Brinson本构模型为基础,采用计算机模拟方法,引入加载速率和加载幅值等因子,提出并建立了3种精度较高、分段线性的形状记忆合金材料恢复力本构模型,确定了各本构模型的主要特征值,为进一步研究提供了试验和理论依据。(3)采用遗传算法对BP网络进行优化,建立了具有预测功能、精度较高且适用于动态反应的形状记忆合金材料非线性本构模型。针对目前振动控制理论研究和工程实际应用所关注的问题,利用遗传算法进行了受控空间杆系结构的优化设计,研究了形状记忆合金控制系统设置位置和设置数量等对空间杆系结构的优化控制效果,实现了空间杆系结构的整体优化控制。(4)利用Matlab语言编程,设计了地震作用下空间杆系结构无控、形状记忆合金控制系统随机设置和优化设置的计算机模拟分析程序,并且针对马氏体形状记忆合金的材性特点,研究了基于Mamdani模糊控制、Sugeno模糊控制以及触发控制策略,提出了一种新的控制策略,即触发开关控制策略,自行编制了基于Matlab语言、空间杆系结构触发开关控制策略的计算机模拟分析程序,综合考虑遗传算法与控制策略等,进一步优化了空间杆系结构的控制方案,取得了较好的控制效果。(5)以振动控制的工程应用为背景,设计并制作了1个2跨3层的空间杆系模型结构,研发了1种新型的形状记忆合金丝材控制装置和通电升温/稳压系统,并将其集成于空间杆系模型结构中,选择了EL-Centro等3种地震波及3种不同的加速度峰值,采用被动和主/被动混合控制等方法,进行了未安装、随机安装、优化安装形状记忆合金控制系统等36种工况下的空间杆系模型结构的模拟地震振动台试验,同时进行了相应的有限元模拟分析,检验了文中研发控制系统和所提控制方法的有效性和适用性。结果表明,一般情况下,采用形状记忆合金被动控制系统时,模型结构的地震加速度响应可减小20%以上,层间位移可减小30%左右;采用形状记忆合金主/被动混合控制系统时,模型结构的地震加速度响应可减小30%以上,层间位移可减小45%左右,说明文中所提控制方法较好,具有较好的应用价值。