剪切型软钢阻尼器的微观滑移模式及大塑性耗能机理研究

Low-yield-strength steel damper is widely applied to the seismic system by the large plastic deformation capacity and the damping function. It is designed to dissipate the energy result from earthquake or shocking and keep the main structure intact. Although there are several types of dampers in the world, the large plastic deformation mechanism (LPDM) is not attached importance on by the past researches which leads to the maximum deformation capacity of the damper has not been fully tapped yet. The LPDM of the low-yield-strength steel damper is discussed based on the analysis of the relation between the slide belt and the plastic deformation. The LPDM is introduced into the stability analysis of the panel which can improve the evaluation accurate effectively. Not only the loading condition but also the stability of the panel is intergraded into the analysis and precise modeling of the fatigue and performance of the damper. The research project will have important theoretical significance on the LPDM which is valuable about the practical and economical design of the damper.

软钢阻尼器是一种利用软钢钢材的大塑性变形来实现阻尼功能的抗震结构部件。它通过消耗自身能量来吸收外部震动所产生的能量，从而保护主体结构的安全性，因而被广泛应用于各种耗能减震结构体系。目前国内外软钢阻尼器形式多样但对它们的塑性耗能机理却并没有进行深入的研究，导致了软钢材料的大塑性变形能力并没有被充分利用。因此本项目基于微观上对材料的滑移带与塑形变形关系的分析来探讨软钢剪切腹板的大塑性变形机理。进而将材料的塑形变形能力充分考虑到腹板的稳定性分析中，改进传统的稳定性判据，提高腹板稳定性判断的准确性。研究在大塑性变形下不同的腹板稳定性及加载载荷对腹板疲劳特性的影响，对阻尼器的耗能性能进行全面的分析与建模。项目的研究成果将对深度理解塑性变形的形成、耗能机理方面具有重要的理论研究意义，对利用极大塑性变形来进行实用、经济型的耗能减震产品设计方面具有宝贵的应用价值。

项目组基于抗震、材料、结构、力学、优化设计和图像处理等多学科知识，利用仿真、实验和理论分析对软钢阻尼器的性能进行了系列化研究，高质量完成了预定的研究目标并取得了一些成果：.对软钢以及常用金属在不同载荷下的力学特性、宏微观失效模式以及耗能机理进行了深入的分析与对比。不仅明确了剪切载荷作用下的晶粒滑移是形成软钢大塑性变形的机理，而且还为如何合理利用软钢和其他金属的极限性能来进行阻尼器结构设计指明了方向。. 利用权重法可得到软钢材料在拉伸下的精确本构，但无法准确描述剪切型阻尼器的力学行为。基于往复剪切实验和双曲面理论，项目组构建了软钢具有物理意义的本构。该本构不仅能精确描述阻尼器在整个塑性范围内的力学行为，而且还证明了剪切型软钢阻尼器应以剪切应力来展开本构建模。.对软钢材料以及软钢阻尼器进行了系列化的试验，深入研究了从材料到结构的疲劳演化过程以及耗能特性。以考虑了疲劳寿命的极限塑性应变为参数，改进了传统的剪切型阻尼器稳定性判据，从而为阻尼器的轻量化优化设计提供了有效的参考依据。. 在本基金的资助下，项目组取得了高质量论文、专利和奖励等成果，这些成果不仅使申请人获得了江苏省六大人才高峰而且培养了研究生。