基于多段线性本构的SMA弹簧力-位移关系研究开题报告

全文总字数：5164字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究目的

为了研究一种由sma（形状记忆合金材料）螺旋弹簧组成的新型消能支撑的减震效果，本文开展多组sma螺旋弹簧的拉伸试验对其力学性能进行研究分析，并在此基础上建立sma螺旋弹簧力位移关系的模型。通过对试验得到的滞回曲线进行拟合和计算，给出该模型的数学表达式，并将其与拉伸试验得到的力位移滞回曲线进行比较，来验证所提出模型的有效性。

1.2研究意义

随着减震控制技术的不断发展，不同形式的各类消能装置逐渐被开发出来，其中就不乏有技术比较成熟、构造简单的装置，包括 x 形钢板消能装置、摩擦型消能支撑、粘弹性消能系统等。近几十年来，将新型智能材料运用到减震控制中已成为一种新的发展方向，通过利用其特有的材料及力学特性从而达到消能减震的效果，形状记忆合金是近年来在减震控制中有较好发展前景的智能材料。

形状记忆合金( shape memory alloy ，简称 sma) 是一类对形状有记忆功能的材料，这种材料本身具有自感知、自诊断和自适应的功能。其最独特的特性是形状记忆效应，这种独特的特性使材料发生变形后通过改变温度使其恢复到变形前的形状和体积功能，它另一特性是超弹性效应，这是一种特殊的耗能滞回性能，使其可以很好地运用到消能减震控制中。

2. 研究的基本内容与方案

2.1设计的基本内容

本文拟开展sma螺旋弹簧的拉伸试验，得到弹簧在不同位移幅值的往复荷载作用下的力位移滞回曲线，通过分析试验曲线得出sma螺旋弹簧在外力作用下的力位移变化规律，基于此规律，将力位移变化路径进行划分，利用matlab软件将每段路径用不同的分段函数进行拟合，从而得到各阶段弹簧恢复力的表达式，提出sma螺旋弹簧的力位移关系模型，并将其与拉伸试验结果进行比较来验证所提出模型的有效性。

2.2设计的预期目标

（1）学习matlab软件，对sma弹簧进行现象本构模型模拟

sma螺旋弹簧的力学特性与sma丝就会有所不同，丝材的本构模型就不适用于sma螺旋弹簧，所以本文拟对sma螺旋弹簧的力学性能进行分析和研究，并在此基础上给出合适的力位移关系模型来模拟弹簧的力位移曲线的变化路径。

3. 研究计划与安排

1-2周：查阅相关资料，明确研究内容确定论文题目，撰写开题报告；

3-5周：学习matlab，准备提纲及绪论部分；

6周：sma本构关系整理；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] huang b, zhang h, wang h, et al. passive base isolation with superelastic nitinol sma helical springs[j]. smart materials structures, 2014, 23(6): 1656-1665.

[2] bin h, wuchuan p, haiyang z, et al. a phenomenological model for superelastic shape memory alloy helical springs[j]. advances in structural engineering, 2015, 18(9): 1345-1354.

[3] song g, ma n, li h n. applications of shape memory alloys in civil structures[j]. engineering structures, 2006, 28(9): 1266-1274.