论文发表 | 论文范文 | 公文范文
最新公告:目前,本站已经取得了出版物经营许可证 、音像制品许可证,协助杂志社进行初步审稿、征稿工作。咨询:400-675-1600
您现在的位置: 新晨范文网 >> 工程论文 >> 土木工程论文 >> 正文

土木工程振动控制中智能材料研究

定制服务

定制原创材料,由写作老师24小时内创作完成,仅供客户你一人参考学习,无后顾之忧。

发表论文

根据客户的需要,将论文发表在指定类别的期刊,只收50%定金,确定发表通过后再付余款。

加入会员

申请成为本站会员,可以享受经理回访等更17项优惠服务,更可以固定你喜欢的写作老师。

摘要:

随着智能材料研发的不断深入,它已广泛被应用于土木工程行业中。当前智能材料在土木工程中应用的研究主要集中在结构振动的自控制、自修复、自适应等方面,有效提高了土木工程结构的耐久性及适用性。智能材料在土木工程结构振动控制中的应用为其开辟了新的路径。本文将简单介绍结构振动控制与智能材料,并在此基础上总结分析智能材料在土木工程结构振动控制中的应用,供广大读者参考。

关键词:

智能材料;土木工程;振动控制

智能材料的诞生与应用为土木工程结构振动控制的实现提供了一种新方法。在振动控制研究中,使用智能材料的结构控制已经成为热点内容。利用智能材料生产的控制器没有时滞、反应较敏捷、消耗能源小、容易驱动、结构也比较简单,这些优势使其在结构振动控制中应用的前景良好。

一、结构振动控制简介

结构振动控制不仅能够提高建筑物对地面运动的抵抗能力、降低输入干扰力,还能够在发生地震时进行连续的自动调整。但是,在实际使用过程中,该技术存在一个很严重的问题,就是在发生地震时不能确保系统运行所需的外部能源[1]。

二.智能材料简介

当前的智能驱动材料主要有磁致伸缩材料、电/磁流变液(MR)、形状记忆合金、压电材料等等。这些智能材料能够参照电磁场、温度等的变化对自身的机械性质、内部消耗、阻尼、振动频率、刚度、大小以及外部形状等进行自动的改变,进而根据实际需要利用相应功能的智能材料来生产相应的驱动器或者消能器。智能材料在土木工程结构振动控制中应用的研究主要集中在通过智能材料制作主动控制的驱动涉笔、被动控制的消能减振设备。这些装置设备具有反应灵敏、消耗能源小、出力大等特点,将成为未来土木工程结构振动控制中主流的减振驱动设备[2]。

三.智能材料在土木工程结构振动控制中的应用

(一)电/磁流变流体

在外加电磁场的作用下,电/磁流变流体将牛顿流体转换为粘塑体的时间可达毫秒级,并且该转换具有可逆性。利用电/磁流变流体制作的阻尼器不仅能够连续可调,并且反应灵敏,具有较大的阻尼力,已有很多专家研究了电/磁流变流体在结构振动控制中的应用。自上世纪90年代后,土木工程、石油、航天航空以及机械工程等行业中均开始了磁流变液相关的试验与理论研究。当前国外已经研发出了光学加工设备、刹车装置以及磁流变液减振器。就性能而言,电流变液、磁流变液具有很多的相似之处,但是利用磁流变液制作装置的优点更多:第一,利用磁流变液制成的装置能够在-40-150℃条件下运行,并且具有很强的抗干扰能力,在土木工程结构中非常适用;第二,利用磁流变液制成的控制装置,不仅结构非常简单,并且其输出力能够跟随外部荷载的变化情况进行自动的调节;第三,利用磁流变液制成的控制装置运行时消耗的能源非常低,一般情况下不会超过50W,并且所需的电压仅为2-25V,这样就大大消除了电流变液所需的几千伏电压产生的不便于危险;第四,在耗电功率相同的条件下,与电流变液相比,磁流变液能够达到的剪切屈服应力要高出一个数量级,这样就使得在达到良好减振效果、形成较大控制力的条件下,利用磁流变液所制作减振驱动器的体积会更小。

(二)形状记忆合金

这种驱动材料的相变滞后性、伪弹性特点较为显著,在加载、卸载中其应力-应变曲线呈现出环状,这就表明了该智能材料在加载、卸载过程中能够吸收、消耗很大的能量。此外,该材料的具有很高的相变回复力,最高能够达到40MaP。利用该材料较高的相变回复力,能够制作出被动消能控制系统、被动消能器。通常情况下,为了让消能器充分感受层间变形,对地震能量进行消散,多数被动消能器安装的位置在结构底部或者间层中。有学者对此进行了相关的试验,在安装了消能器后,可以吸收大约60%的地震能量,并且显著抑制、降低了结构的位移。在1993年,Aiken等人已经对形状记忆合金进行了相关研究,他们通过拉锁的形式将其设在三层的钢框架模型的层间,在没有预应力的条件下研究了合金丝对对结构地震反应的控制效果。

(三)压电材料

利用压电材料制作的减震装置已经被成功应用在机械工程、航空结构等的振动控制中,压电材料智能减震结构是一种主动控制系统,该结构优点有很多,比如外加能源地、具有较高的精确度、反应灵敏以及较好的密实性等等。当前对压电材料智能减震结构的研究主要集中在把压电体汇总于传统结构中,并通过压电传感元件对结构振动模态进行感知,然后对其进行输出,进而利用相应的计算方式明确压电驱动器的输入,以便结构振动达到主动控制的目的。一般情况下,在使用压电材料时是成对的,并将其放在被控目标的高应变区。在将电压加在压电材料上后,上下部分的压电材料间发生完全相反的应变,产生的控制力矩将作用于被控的目标。在受拉情况下,压电材料将呈现出脆性,所以为了确保在交变电场中,压电材料一直呈现出压缩状态,应当具备一定的预压荷载。相关研究显示,在复合梁中插入压电陶瓷能够将梁首阶模态的阻尼比提高两个数量级;将压电薄膜贴在梁上,通过简单速度反馈,能够提高梁中各阶模态的阻尼比,可以提升3倍以上[3]。

四、结语

综上所述,利用智能材料建立的土木工程结构振动控制体系具有良好的效果。随着智能材料的不断发展,智能振动控制的前景也越来越广阔。在当前已有的智能材料中,电/磁流变流体、形状记忆合金、压电材料等均适合在土木工程结构振动控制中应用。但是,对这些智能材料自身的力学特性、控制的精度、实现的方法以及控制反应的灵敏程度等均需要进一步的研究,以便为其在土木工程结构振动控制中的应用奠定基础。

参考文献:

[1]殷青英,翁光远.智能材料在结构振动控制中的应用研究[J].科技导报,2009,12:93-97.

[2]张广泰,孙树民,韩霞.智能材料在土木工程结构振动控制中的应用[J].新疆大学学报(自然科学版),2009,04:494-497.

[3]宁学前.智能材料在土木工程结构振动控制中的应用[J].科技资讯,2011,02:38.

作者:严先辉 单位:南充职业技术学院

土木工程振动控制中智能材料研究责任编辑:冯紫嫣    阅读:人次