优秀土木工程专业硕士研究生论文提纲范文

优秀硕士研究生论文提纲范文：泡沫铝/聚氨酯复合材料阻尼器力学性能及其减震应用研究

摘要：球形开孔泡沫铝/聚氨酯（Spherical Cell Aluminum Foam/Polyurethane,SCAF/PU）复合材料是一种兼具阻尼和刚度一体的新型高阻尼材料。为了探索SCAF/PU复合材料应用于土木工程结构减震控制领域的可靠形式和有效性,本文研制了两种不同耗能机制、各具性能优势的SCAF/PU复合材料阻尼器。围绕该类阻尼器的力学性能与减震应用,在SCAF/PU复合材料阻尼器的性能试验、力学模型及其结构减震控制应用等方面进行了较为深入的研究。所开展的主要研究工作和取得的主要成果包括:（1）开展了SCAF/PU剪切型阻尼器在不同预紧力、剪切厚度、基体泡沫铝孔隙率、加载频率、加载幅值和循环次数等主要参数和加载工况下的性能试验,研究了其刚度、输出力、耗能量和阻尼比等性能参数的变化规律。结果表明:SCAF/PU剪切型阻尼器的性能具有典型的位移幅值相关性,且在建筑结构低频范围内较稳定;施加预紧力或增大剪切层厚度可显著增强其耗能性能,但也使之刚度减弱且输出力更早地随加载幅值增加而下降;由基体泡沫铝孔隙率更高的SCAF/PU复合材料制成的该阻尼器,具有更高的阻尼比。（2）开展了SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器在不同预紧力、剪切厚度和加载幅值等主要参数和加载工况下的力学性能试验,研究了其刚度、输出力、耗能量和阻尼比等性能参数的变化规律。结果表明:SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器具有典型的两阶段的性能演变特点。在小位移阶段,由金属铝提供摩擦耗能,滞回曲线饱满,具有良好的减震耗能特性;在中、大位移阶段,则由SCAF/PU复合材料进行剪切耗能,耗能量显著增加,力学性能与SCAF/PU剪切型阻尼器基本相似。同时,研究表明增大预紧力可同时提高该阻尼器的力学性能和耗能效果,增加剪切层厚度仅能明显改善其耗能性能。（3）根据SCAF/PU复合材料阻尼器的力学特性,分别建立了描述其滞回特征的“分段非线性指数模型”和预测其性能参数的“三参数幂函数模型”,对该类阻尼器的力学性能进行数值模拟。结果表明:“分段非线性指数模型”可较好地考虑加载幅值对SCAF/PU复合材料阻尼器滞回性能的影响。对于SCAF/PU剪切型阻尼器,该模型能够准确地模拟其在应变幅值为0.2～0.75范围内的滞回曲线;对于SCAF/PU-摩擦-剪切型阻尼器,该模型能够准确地模拟在其应变幅值为0.3～1.0范围内的滞回曲线。同时,“三参数幂函数模型”可以有效地描述SCAF/PU剪切型阻尼器的主要力学性能参数在50圈加载循环以内的变化规律,并预测出耗能量和阻尼比最终的稳定值。（4）基于SCAF/PU复合材料阻尼器的力学性能,以一栋5层钢框架结构为算例,采用三种不同的减震方案,对该类阻尼器在此结构中的地震反应进行有限元分析。结果表明:在三种符合抗震规范要求且频谱特性不同的地震波作用下,SCAF/PU复合材料阻尼器均能有效地减小结构的顶层位移、顶层加速度和层间位移等地震响应指标,各指标的减震率可达到10%～40%。增加SCAF/PU复合材料阻尼器的数量,并将其对称置于结构第2、4和5层,可实现最优的减震控制效果。

关键词：球形开孔泡沫铝/聚氨酯复合材料;阻尼器;力学性能;力学模型;减震控制;

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

    1.1 引言

    1.2 耗能减震技术的研究现状

        1.2.1 结构振动控制简介

        1.2.2 被动控制的研究及应用

        1.2.3 耗能减震技术的研究及应用

    1.3 泡沫铝/聚合物复合材料的性能及减震应用研究现状

        1.3.1 网络互穿复合材料

        1.3.2 泡沫铝

            1.3.2.1 泡沫铝力学性能研究现状

            1.3.2.2 泡沫铝阻尼性能研究现状

        1.3.3 泡沫铝/聚合物复合材料

            1.3.3.1 泡沫铝/聚合物复合材料力学性能研究现状

            1.3.3.2 泡沫铝/聚合物复合材料阻尼性能研究现状

            1.3.3.3 泡沫铝/聚合物复合材料减震应用研究现状

    1.4 本文主要研究内容及技术路线

第二章 SCAF/PU剪切型阻尼器力学性能试验研究

    2.1 引言

    2.2 SCAF/PU复合材料的制备

        2.2.1 球形开孔泡沫铝

        2.2.2 聚氨酯

        2.2.3 SCAF/PU复合材料

    2.3 SCAF/PU剪切型阻尼器的设计

        2.3.1 SCAF/PU剪切型阻尼器的构造与工作原理

        2.3.2 SCAF/PU剪切型阻尼器的设计参数

    2.4 SCAF/PU剪切型阻尼器力学性能试验

        2.4.1 试验概况

            2.4.1.1 SCAF/PU试块的基本参数

            2.4.1.2 试验目的

            2.4.1.3 试验方法

        2.4.2 试验结果

            2.4.2.1 各试验工况下的力-位移滞回曲线

            2.4.2.2 阻尼器性能参数的确定方法

        2.4.3 试验分析

            2.4.3.1 预紧力对SCAF/PU剪切型阻尼器性能的影响

            2.4.3.2 剪切厚度对SCAF/PU剪切型阻尼器性能的影响

            2.4.3.3 加载频率对SCAF/PU剪切型阻尼器性能的影响

            2.4.3.4 位移(应变)幅值对SCAF/PU剪切型阻尼器性能的影响

            2.4.3.5 基体泡沫铝孔隙率对SCAF/PU剪切型阻尼器性能的影响

            2.4.3.6 循环次数对SCAF/PU剪切型阻尼器性能的影响

    2.5 本章小结

第三章 SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器力学性能试验研究

    3.1 引言

    3.2 SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器的设计

        3.2.1 SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器的工作原理

        3.2.2 SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器的设计参数

    3.3 SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器力学性能试验

        3.3.1 试验概况

            3.3.1.1 SCAF/PU试块的基本参数

            3.3.1.2 试验目的

            3.3.1.3 试验方法

        3.3.2 试验结果

        3.3.3 试验分析

            3.3.3.1 预紧力对SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器性能的影响

            3.3.3.2 剪切层厚度对SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器性能的影响

            3.3.3.3 位移(应变)幅值对SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器性能的影响

            3.3.3.4 SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器和SCAF/PU剪切型阻尼器的性能比较

    3.4 本章小结

第四章 SCAF/PU复合材料阻尼器滞回模型及性能预测模型研究

    4.1 引言

    4.2 SCAF/PU复合材料阻尼器的滞回模型

        4.2.1 模型建立

            4.2.1.1 形状函数

            4.2.1.2 分段非线性指数模型

        4.2.2 模型参数识别

        4.2.3 SCAF/PU剪切型阻尼器的滞回模型验证

            4.2.3.1 试验工况1

            4.2.3.2 试验工况2

            4.2.3.3 试验工况3

            4.2.3.4 试验工况4

            4.2.3.5 试验工况5

            4.2.3.6 试验工况6

        4.2.4 SCAF/PU摩擦-剪切型阻尼器的滞回模型验证

            4.2.4.1 试验工况1

            4.2.4.2 试验工况4

            4.2.4.3 试验工况6

    4.3 SCAF/PU剪切型阻尼器的性能预测模型

    4.4 本章小结

第五章 SCAF/PU复合材料阻尼器在钢框架结构中的减震控制设计研究

    5.1 引言

    5.2 算例概况

    5.3 地震波的选取与修正

        5.3.1 选取原则

        5.3.2 基线修正

        5.3.3 地震波选用结果

    5.4 结构减震分析模型的建立

        5.4.1 结构建模的基本假定

        5.4.2 结构分析单元的选取

        5.4.3 结构阻尼的定义与输入

        5.4.4 阻尼器减震方案选取

    5.5 不同地震作用下的模型动力响应分析

        5.5.1 El-Centro波作用下的模型动力响应

        5.5.2 Taft波作用下的模型动力响应

        5.5.3 兰州波作用下的模型动力响应

    5.6 本章小结

第六章 全文总结及展望

    6.1 全文总结

    6.2 研究展望

致谢

参考文献