基于SMA-壓電復(fù)合減震系統(tǒng)的電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制研究

基于SMA-壓電復(fù)合減震系統(tǒng)的電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制研究基于SMA-壓電復(fù)合減震系統(tǒng)的電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制研究

摘要：地震是造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失的自然災(zāi)害之一。為了有效減小地震對建筑結(jié)構(gòu)的影響，人們提出了各種地震響應(yīng)控制方法。本文基于形狀記憶合金（SMA）和壓電效應(yīng)，提出了一種新型的電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)。通過數(shù)值仿真和試驗驗證了該系統(tǒng)的有效性和性能。

1.引言

地震是一種無法忽視的自然災(zāi)害，對于建筑結(jié)構(gòu)的破壞性影響是巨大的。因此，如何減小地震對建筑結(jié)構(gòu)的影響成為了工程領(lǐng)域的重要研究課題。地震響應(yīng)控制以減小地震對結(jié)構(gòu)的損傷為目標(biāo)，通過各種方法來改變結(jié)構(gòu)的固有特性以抵抗地震力的作用。近年來，一種基于SMA和壓電效應(yīng)的電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)得到了廣泛研究和應(yīng)用。

2.SMA和壓電效應(yīng)介紹

2.1形狀記憶合金（SMA）

SMA是一種具有形狀記憶和超彈性行為的金屬材料。它可在溫度或應(yīng)力的作用下發(fā)生形狀記憶效應(yīng)，能夠自動恢復(fù)其預(yù)設(shè)形狀。這種材料的獨特性能使其成為結(jié)構(gòu)減震領(lǐng)域中的理想材料之一。

2.2壓電效應(yīng)

壓電效應(yīng)是指某些晶體在受到外界壓力作用下會產(chǎn)生電荷分離，從而產(chǎn)生電勢差。壓電材料具有快速響應(yīng)、高能量轉(zhuǎn)換效率和較大的位移輸出等優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)控制中有著廣泛的應(yīng)用前景。

3.電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)由SMA和壓電片構(gòu)成。SMA裝置位于結(jié)構(gòu)上部，壓電片裝置位于結(jié)構(gòu)下部，兩者通過懸鏈梁相連。當(dāng)?shù)卣鹱饔糜诮Y(jié)構(gòu)時，SMA裝置會根據(jù)外界應(yīng)力和溫度變化發(fā)生相應(yīng)的形狀記憶效應(yīng)，從而改變結(jié)構(gòu)的剛度。壓電片裝置通過施加電壓使結(jié)構(gòu)發(fā)生彎曲撓度，進(jìn)一步改變結(jié)構(gòu)的剛度。

3.2模型建立和仿真分析

我們建立了電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并通過數(shù)值仿真分析了系統(tǒng)在地震荷載下的響應(yīng)。仿真結(jié)果表明，在合適的電壓施加情況下，電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)能夠顯著減小結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)，降低地震對結(jié)構(gòu)的影響。

4.試驗驗證

我們設(shè)計了一套實驗裝置，對電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了試驗驗證。通過該實驗，我們得到了系統(tǒng)的實際工作性能，并與數(shù)值仿真結(jié)果進(jìn)行對比。試驗結(jié)果驗證了電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)的有效性和可靠性。

5.結(jié)論

本文基于SMA和壓電效應(yīng)，提出了一種新型的電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)。通過數(shù)值仿真和試驗驗證，證明了該系統(tǒng)能夠有效減小地震對結(jié)構(gòu)的影響，并具有良好的控制性能。電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)為地震防災(zāi)工程提供了一種新的控制手段，具有重要的應(yīng)用價值。

綜上所述，本研究基于SMA和壓電效應(yīng)，提出了一種新型的電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)。通過數(shù)值仿真和試驗驗證，證明該系統(tǒng)能夠有效減小地震對結(jié)構(gòu)的影響，并具有良好的控制性能。該系統(tǒng)通過SMA裝置的形狀記憶效應(yīng)和壓電片裝置的施加電壓來改變結(jié)構(gòu)的剛度，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。實驗結(jié)果驗證了該系統(tǒng)的有效性和可靠性。電抗器結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制系統(tǒng)為地震防災(zāi)工程提供