嵌入形状记忆合金丝复合材料梁的振动控制

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采用理论分析与数值计算相结合的方法,研究了嵌入形状记忆合金丝复合材料Euler-Bernoulli梁在热过屈曲前后的小振幅自由振动,给出了梁的自由振动频率与升温参数的关系。首先基于形状记忆合金Brinson一维热力学本构关系,采用复合材料的细观力学分析方法,建立了热载荷作用下嵌入形状记忆合金丝复合材料梁的一维热力学本构方程。其次采用Euler-Bernoulli梁的轴线可伸长几何非线性理论和梁的自由振动理论,建立了嵌入形状记忆合金丝复合材料梁在均匀升温场内自由振动的动力学控制方程,然后将问题的响应表示为两部分,即热过屈曲静态解和振动解,导出了热过屈曲构形附近小振幅自由振动模型。最后在小振幅振动的意义下,通过打靶法获得了均匀升温下嵌入NiTi形状记忆合金丝复合材料梁的线性振动响应,给出了梁在不同SMA相对体积含量时屈曲前和屈曲后前四阶固有频率和升温参数之间的特征关系曲线。数值结果表明,在相同升温条件下,梁内嵌入形状记忆合金丝在屈曲前使梁的固有频率升高,在屈曲后梁的固有频率降低;形状记忆合金丝还能提高梁的热屈曲临界温度,抑制梁热屈曲的发生或使已发生热屈曲的梁回复到原来的平衡状态。研究结果表明,形状记忆合金对梁的固有频率具有较强的控制和调整作用,其中SMA丝的相变温度、相对体积含量、初始预应变对固有频率均有影响,是结构振动控制中的重要设计参数。
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