Реологические модели одномерных осцилляторов с памятью формы

Artur Zbiciak , Kacper Wasilewski

Abstract

Introduction. The interest to the SMA elements in civil engineering is constantly increasing. Regarding the field of civil engineering, the devices incorporating SMA elements mostly find applications in mitigation of natural disaster hazards, such as earthquakes. The promising results of applications are possible due to unique properties of SMA, such as shape memory effect (recovering of relatively high strains while material is heated) and superelasticity (recovering of strains upon load removal). The most common approach to the formulation of SMAs constitutive relations is a thermomechanical modelling, in which constitutive equations are dependent on internal state variables. Materials and methods. The article describes the phenomenological approach to modelling of single degree of freedom SMA oscillators by using rheological schemes. Results. Certain sets of rheological components are presented and their influence on the oscillator response is examined. As an example of numerical application of presented approach, the simple one-dimensional oscillator is used in order to solve the case of forced vibrations of a cantilever with embedded SMA reinforcement. Conclusions. One of the advantages of the phenomenological modelling approach presented in the article is a possibility of formulation of constitutive relationships as a set of explicit differential equations. Such system of equations can be easily implemented in mathematical software or in the commercial FEM codes as a user’s subroutines.
Author Artur Zbiciak (FCE / IRB)
Artur Zbiciak,,
- The Institute of Roads and Bridges
, Kacper Wasilewski (FCE / ICE)
Kacper Wasilewski,,
- The Institute of Civil Engineering
Other language title versionsModelling of single degree of freedom SMA oscillators by using rheological schemes
Journal seriesMoskovskii Gosudarstvennyi Stroitel'nyi Universitet. Vestnik, ISSN 1997-0935, e-ISSN 2304-6600, (0 pkt)
Issue year2019
Vol14
No4
Pages427-434
Publication size in sheets0.5
Keywords in Englishshape memory effect, one-dimensional oscillator, rheological schemes, numerical modelling, earthquakeresistant construction
Keywords in original languageэффект памяти формы, одномерный осциллятор, реологические модели, численный ана- лиз, сейсмостойкое строительство
Abstract in original languageВведение. В настоящее время наблюдается повышение интереса к применению в гражданском строительстве из- делий, включающих элементы из материалов с памятью формы. Использование подобных изделий и конструкций в сейсмостойком строительстве способствует смягчению последствий таких стихийных бедствий, как землетрясения. Положительные эффекты влияния материалов с памятью формы обусловлены как их способностью к обратимой деформации при нагреве, так и псевдоупругостью, проявляющейся восстановлением деформаций при снятии на- грузки. Наиболее распространенным подходом к получению уравнений состояния материалов с памятью формы является термомеханическое моделирование, однако в рамках этого подхода уравнения состояния зависят от вну- тренних переменных. Материалы и методы. Для моделирования осцилляторов с одной степенью свободы и памятью формы использо- ван феноменологический подход, основанный на анализе реологических схем — последовательно-параллельных соединений ограниченного числа базовых элементов. Результаты. Выбран ряд базовых реологических моделей, комбинирование которых позволяет адекватно пред- ставить поведение элементов с эффектом памяти формы. Предложен ряд усложняющихся реологических моделей, последовательно показывающих характерные особенности петли гистерезиса псевдоупругости. Рассмотрено вли- яние параметров моделей на колебательные характеристики. Выполнено численное исследование вынужденных колебаний балки как осциллятора с одной степенью свободы, армированного элементами с памятью формы. Выводы. В результате численного эксперимента показана адекватность предложенного феноменологического под- хода к моделированию элементов с эффектом памяти формы. Преимуществом подхода является возможность явной записи уравнений состояния в виде системы дифференциальных уравнений, которая может быть алгоритмически реализована в многочисленных программных пакетах численной математики и(или) конечно-элементного анализа.
DOIDOI:10.22227/1997-0935.2019.4.427-434
Languageru rosyjski
File
reologicheskie-modeli-odnomernyh-ostsillyatorov-s-pamyatyu-formy.pdf 923.02 KB
Score (nominal)5
Score sourcejournalList
ScoreMinisterial score = 5.0, 20-10-2019, ArticleFromJournal
Citation count*
Cite
Share Share

Get link to the record


* presented citation count is obtained through Internet information analysis and it is close to the number calculated by the Publish or Perish system.
Back
Confirmation
Are you sure?