【摘要】：結(jié)構(gòu)的消能減震技術(shù)作為一種有效的抗震技術(shù),已經(jīng)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用。由于消能減震技術(shù)的關(guān)鍵在于所使用的阻尼材料,故若能研制出一種兼具阻尼和剛度一體的新型高阻尼材料,必能推動(dòng)消能減震技術(shù)的發(fā)展。本文采用滲流的方法,將聚氨酯填充入球形開(kāi)孔泡沫鋁的孔洞內(nèi),制備成一種具有網(wǎng)絡(luò)互穿式結(jié)構(gòu)的泡沫鋁復(fù)合材料(Aluminum Foam/Polyurethane composites,簡(jiǎn)寫(xiě)為 AF/PU)。為了能將AF/PU應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)的消能減震技術(shù)中,本文圍繞AF/PU的力學(xué)性能和減震應(yīng)用這兩個(gè)方面,在AF/PU的單調(diào)和循環(huán)壓縮性能試驗(yàn)、簡(jiǎn)化本構(gòu)模型、AF/PU摩擦阻尼器的性能測(cè)試及力學(xué)模型、復(fù)合型AF/PU阻尼器在相鄰建筑結(jié)構(gòu)的減震控制應(yīng)用等方面進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。所開(kāi)展的主要研究工作和所取得的主要成果包括:(1)開(kāi)展了 AF/PU的單調(diào)壓縮性能試驗(yàn),對(duì)比了 AF/PU、純泡沫鋁和聚氨酯單調(diào)壓縮性能,分析了外圍聚氨酯對(duì)AF/PU的力學(xué)貢獻(xiàn),探討了鋁體積分?jǐn)?shù)對(duì)AF/PU單調(diào)壓縮性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明,AF/PU的壓縮強(qiáng)度和剛度主要受鋁體積分?jǐn)?shù)的影響,而聚氨酯的貢獻(xiàn)甚微,可忽略外圍聚氨酯的影響。使用Avalle宏觀唯象本構(gòu)模型模擬了AF/PU的單調(diào)壓縮行為,其結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。(2)進(jìn)行了 AF/PU的循環(huán)壓縮性能試驗(yàn),研究了加載幅值、加載速率和循環(huán)次數(shù)等加載工況對(duì)AF/PU的峰值應(yīng)力、變形模量、耗能能力及殘余應(yīng)變等力學(xué)性能參數(shù)的影響規(guī)律,揭示了 AF/PU的耗能機(jī)制主要為泡沫鋁骨架與聚氨酯的界面摩擦阻尼。在此基礎(chǔ)上,建立了適于AF/PU工程設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化四折線本構(gòu)模型,該模型直觀地反映AF/PU在整個(gè)變形過(guò)程中的宏觀彈性性能和超彈性性能,并通過(guò)數(shù)值仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證了該模型的有效性。(3)設(shè)計(jì)并制作了一種新型AF/PU摩擦阻尼器,進(jìn)行了該阻尼器裝置的力學(xué)性能試驗(yàn),研究了預(yù)壓力、加載頻率、位移幅值和循環(huán)次數(shù)對(duì)該阻尼器的輸出力、剛度和耗能能力等力學(xué)性能參數(shù)的影響。根據(jù)該阻尼器的受力特性,建立了修正Bouc-Wen模型,采用分步驟縮小參數(shù)取值范圍的遺傳算法對(duì)該模型進(jìn)行參數(shù)識(shí)別,并對(duì)該阻尼器的力學(xué)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明,該阻尼器是一種典型的位移幅值相關(guān)性的變剛度摩擦阻尼器,具有耗能能力強(qiáng)和剛度可變等特性。(4)利用AF/PU摩擦單元與AF/PU壓縮單元并聯(lián)的工作原理,研制了一種新型的復(fù)合型AF/PU阻尼器,測(cè)試了加載頻率和位移幅值對(duì)該阻尼器力學(xué)性能的影響。基于OpenSees軟件平臺(tái)編寫(xiě)的分線性段本構(gòu)模型可用于該阻尼器力學(xué)性能的數(shù)值模擬。最后,以兩棟分別為8層與3層的相鄰框架結(jié)構(gòu)為算例,對(duì)該阻尼器在該相鄰結(jié)構(gòu)體系中的地震反應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值分析,并分別與吸振材料和粘滯流體阻尼器的消能減震體系做對(duì)比,驗(yàn)證了該阻尼器在相鄰結(jié)構(gòu)減震中的良好效果。
【圖文】：

網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（Ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，邋ＩＰＣ）與傳統(tǒng)復(fù)合材料的區(qū)逡逑別在于，，增強(qiáng)體將不再以獨(dú)立、分散的形態(tài)存在，而是和基體一樣，在三維空間尺度方逡逑向內(nèi)呈連續(xù)態(tài)，如圖１－３所示。ＩＰＣ在生物圈中比較常見(jiàn)，例如由動(dòng)物的骨骼和軀干、逡逑植物的樹(shù)干和樹(shù)枝，但人工合成的ＩＰＣ并不多，仍然還處于發(fā)展階段。逡逑ｍｍ邋Ｗｍｍ逡逑增強(qiáng)體邐基體邐ＩＰＣ逡逑圖１－３網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（ＩＰＣ）結(jié)構(gòu)圖逡逑國(guó)內(nèi)外對(duì)ＩＰＣ的性能研究，主要是從試驗(yàn)方面展開(kāi)。在眾多試驗(yàn)研究中，若按ＩＰＣ逡逑的增強(qiáng)體和基體的不同可化為三種類(lèi)型：金屬－陶瓷、金屬－高分子聚合物、高分子聚合逡逑物－陶瓷，其中金屬－陶瓷ＩＰＣ是被研究最多的一種ＩＰＣ類(lèi)型１｜２８＿１３｜１。Ｂｒｅｓｌｉｎｉｍｉ等人最早逡逑利用液態(tài)置換反應(yīng)制備了以連續(xù)陶瓷為三維連通骨架結(jié)構(gòu)，金屬鋁為增強(qiáng)體的連續(xù)陶瓷逡逑基復(fù)合材料（ｃｏ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋ｃｅｒａｍｉｃ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，邋Ｃ４材料），發(fā)現(xiàn)這種金屬－陶瓷ＩＰＣ除具有逡逑優(yōu)異的密度、熱傳導(dǎo)性和熱膨脹系數(shù)等物理性能以外，還擁有一定的剛度和斷裂幵度等逡逑力學(xué)性能。Ｐｒｉｅｌｉｐｐ１１３３１等人以陶瓷骨架的直徑和鋁的體積分?jǐn)?shù)為變化參數(shù)，研究了鋁－陶逡逑瓷ＩＰＣ的斷裂形態(tài)

網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（Ｉｎｔｅｒｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ邋Ｐｈａｓｅ邋Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，邋ＩＰＣ）與傳統(tǒng)復(fù)合材料的區(qū)逡逑別在于，增強(qiáng)體將不再以獨(dú)立、分散的形態(tài)存在，而是和基體一樣，在三維空間尺度方逡逑向內(nèi)呈連續(xù)態(tài)，如圖１－３所示。ＩＰＣ在生物圈中比較常見(jiàn)，例如由動(dòng)物的骨骼和軀干、逡逑植物的樹(shù)干和樹(shù)枝，但人工合成的ＩＰＣ并不多，仍然還處于發(fā)展階段。逡逑ｍｍ邋Ｗｍｍ逡逑增強(qiáng)體邐基體邐ＩＰＣ逡逑圖１－３網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)復(fù)合材料（ＩＰＣ）結(jié)構(gòu)圖逡逑國(guó)內(nèi)外對(duì)ＩＰＣ的性能研究，主要是從試驗(yàn)方面展開(kāi)。在眾多試驗(yàn)研究中，若按ＩＰＣ逡逑的增強(qiáng)體和基體的不同可化為三種類(lèi)型：金屬－陶瓷、金屬－高分子聚合物、高分子聚合逡逑物－陶瓷，其中金屬－陶瓷ＩＰＣ是被研究最多的一種ＩＰＣ類(lèi)型１｜２８＿１３｜１。Ｂｒｅｓｌｉｎｉｍｉ等人最早逡逑利用液態(tài)置換反應(yīng)制備了以連續(xù)陶瓷為三維連通骨架結(jié)構(gòu)，金屬鋁為增強(qiáng)體的連續(xù)陶瓷逡逑基復(fù)合材料（ｃｏ－ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ邋ｃｅｒａｍｉｃ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，邋Ｃ４材料），發(fā)現(xiàn)這種金屬－陶瓷ＩＰＣ除具有逡逑優(yōu)異的密度、熱傳導(dǎo)性和熱膨脹系數(shù)等物理性能以外，還擁有一定的剛度和斷裂幵度等逡逑力學(xué)性能。Ｐｒｉｅｌｉｐｐ１１３３１等人以陶瓷骨架的直徑和鋁的體積分?jǐn)?shù)為變化參數(shù)，研究了鋁－陶逡逑瓷ＩＰＣ的斷裂形態(tài)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU599;TU352.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2604679