形状记忆合金辅助索-索网结构减振的理论及试验研究

现有拉索减振措施存在着耐久性不良、无法同时提高阻尼和频率等问题。本项目拟发展基于超弹性耗能的形状记忆合金（SMA）辅助索减振措施。首先进行SMA辅助索模型力学性能试验，建立精确的力学模型以适用于数值模拟分析，并发展等效线性化力学模型以适用于复模态分析。其次采用复模态方法研究SMA辅助索-索网结构的阻尼，推导其近似计算公式；采用伽辽金法结合Runge-Kutta-Fehlberg算法，分析SMA辅助索-索网结构在激励下的振动响应，探讨SMA辅助索的减振机理；进行SMA辅助索-索网结构模型的减振实验研究，确证SMA辅助索的减振效果。研究中分三步对SMA辅助索-索网结构的振动特性进行分析：带单根SMA辅助索的单索，带单根SMA辅助索的双索，SMA辅助索-索网结构。由以上研究结果，建立SMA辅助索-索网结构的减振设计方法。本项目研究为SMA辅助索的工程应用提供理论依据，将具有广阔的应用前景。

本项目研究对斜拉索采用辅助索形成的索网体系增加阻尼装置，特别探讨基于形状记忆合金超弹性性能制成的高阻尼辅助索连接形成的索网体系的振动特性，并进而研究分析其减振参数优化问题。在本项目资助下，共发表SCI检索论文2篇，EI检索论文7篇，获批发明专利2项，培养硕士研究生4名；较好的完成了任务书中计划的各项任务，且取得了预期的研究成果。分析了附加非线性阻尼装置时拉索的振动阻尼，发现此时拉索阻尼随着拉索振动幅值的变化而变化，阻尼器的内刚度将极大的减小拉索所能获得的最大模态阻尼比(研究内容发表于International Journal of Civil Engineering，获批发明专利1项)。分析了附加1根弹簧的拉索系统振动特性(发表于振动工程学报)，并进一步研究了附加多根弹簧的拉索的振动特性(发表于工程力学)。研究了附加并联弹簧和阻尼器的拉索系统的振动特性，并进一步讨论了拉索垂度的影响(发表于力学学报)。分析了安装弹簧对拉索阻尼器参数优化的影响(发表于工程力学)。进一步综合分析了附加阻尼器和弹簧的单索系统的振动特性 (发表于Structural Control & Health Monitoring)。提出了辅助索网系统高阻尼化的措施，并分析了附加阻尼器的1根辅助索连接的2根平行拉索系统的振动阻尼和频率，发现该系统频率方程的各阶频率可归类为奇数阶和偶数阶模态；当两根平行拉索参数相同时，奇数阶模态为单索+阻尼器振动模态，而偶数阶模态类似于单索+弹簧+阻尼器振动模态；仅在一根拉索上安装一个阻尼器所能获得的模态阻尼比近乎是两根拉索各安装一个阻尼器的一半；进一步分析了多阶模态的减振优化问题。进一步讨论了当辅助索接地时的振动特性(发表于西南交通大学学报)。进行了国产形状记忆合金的力学性能测试，并对附加形状记忆合金丝的模型索网系统的自由振动进行实验测试和有限元模拟分析，研究结果表明系统频率和模态阻尼均有提高，其中系统频率增高具有良好的规律性，但模态阻尼增加较为有限 (发表于重庆交通大学学报，获批发明专利1项)。