طراحي، ساخت و ارزيابي لرزه¬اي ميراگر داراي آلياژ حافظه‌دار

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

عمران

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش ميراگر ابداعي داراي سيم‌هاي نايتينول آستنيتي طراحي و ساخته ‌شده است. اين ميراگر قابليت تحمل نيروهاي كشش و فشار را دارد، به صورتيكه طي اعمال كشش يا فشار همواره نيمي از سيم¬ها تحت كشش قرار مي‌گيرد. سيم‌هاي آلياژ حافظه‌دار در ميراگر به صورتي نوين و ساده مهارشده‌اند، تا درحاليكه مقدار استهلاك بيشتر مي‌گردد، خواص ترموديناميك سيم‌هاي خام آلياژ حافظه‌دار تغيير ننمايد. با ساخت اين دستگاه با استفاده از مصالح در دسترس و ساده، ميراگري توليد شده‌است كه مكانيزم نيرويي آن به‌صورت محوري است و قابليت كاربرد ساده در قسمت¬هاي مختلف سازه را دارد. ميراگر پس از آموزش آلياژهاي حافظه‌دار، تحت آزمايش بارگذاري شبه استاتيكي طبق پروتكل انتخابي با نرخ كرنش مختلف قرار گرفت. محدوده جابجايي آزمايش برابر با 5 ميلي‌متر و فركانس بارگذاري متغير از 001/0 تا 5 هرتز بوده است. نتايج نشان داد با افزايش فركانس بارگذاري، دماي آلياژ حافظه‌دار افزايش مي¬يابد، در نتيجه هر دو سطح تنش بالا و پايين استحاله افزايش يافته و به يكديگر نزديك مي‌گردد. بنابراين ناحيه دروني منحني چرخه‌اي كاهش يافته، كه در نتيجه ميزان انرژي مستهلك ‌شده كاهش مي‌يابد. دستگاه در چرخه¬هاي مختلف بارگذاري به دليل حضور آلياژ حافظه‌دار، پس از آموزش دادن اين آلياژ، رفتار ثابتي داشته و اثري از كاهش سختي و مقاومت در آن ديده نمي¬شود، به صورتيكه رفتار چرخه‌اي پايدار و شكل‌پذيري قابل توجهي در دستگاه مشاهده مي¬شود. همچنين به علت بازگشت به حالت اوليه خود، مي¬توان از دستگاه به‌صورت مكرر استفاده كرد. جهت افزايش استهلاك انرژي، از سيم¬هاي فولادي در نسبت‌هاي متفاوتي شامل چهار تركيب مختلف فولاد و آلياژ حافظه‌دار به‌صورت موازي با نايتينول استفاده شده ‌است. نتايج نشان داده است كه افزايش نسبت مساحت آلياژ حافظه‌دار به فولاد در دستگاه، سبب كاهش تغيير شكل پسماند و ميرايي ويسكوز معادل دستگاه مي‌شود. دماي سيم حافظه‌دار در رژيم سوپرالاستيك ساختاري حين انجام بارگذاري در نرخ‌هاي متفاوت بررسي گرديد. در مرحله بعدي نحوه عملكرد دستگاه پس از ايجاد تسليم ثانويه در آلياژ طي بارگذاري چرخه‌اي تا حداكثر جابجايي قابل‌اعمال در دستگاه بررسي شده ‌است. در قسمت مطالعات عددي، ميراگر ساخته‌ شده در اين پژوهش با نرم‌افزار OpenSees مدل‌سازي و نتايج تحليل‌هاي عددي با نتايج تحليل‌هاي آزمايشگاهي صحت سنجي شده است. به كمك تحليل غيرخطي تاريخچه زماني و تحليل ديناميكي غيرخطي فزاينده سازه‌هاي 3، 7 و 12 طبقه مجهز به ميراگرها ارزيابي لرزه‌اي شده‌اند. ميراگر براي چهار حالت، با توجه اصول طراحي ميراگرهاي حافظه¬دار كه بايد حداكثر كرنش تجربه شده كمتر از كرنش پايان استحاله باشد، ارزيابي شده است. حالت اول قاب داراي ميراگر داراي فولاد، حالت دوم ميراگر داراي آلياژ حافظه دار كه مقدار ماده حافظه دار بر مبناي سختي فولاد تعيين شده است، حالت سوم ميراگر داراي آلياژ حافظه داركه مساحت ماده حافظه دار بر مبناي نيروي تسليم فولاد تعيين شده است، حالت چهارم ميراگر داراي آلياژ حافظه دار كه مقدار ماده حافظه دار به ميزان ميانگين نقطه تسليم و سختي فولاد، در نظر گرفته شده¬ است. طي بررسي¬هاي عددي انجام شده، همان‌طور كه انتظار مي¬رفت قاب داراي ميراگر آلياژ حافظه‌دار در تمامي حالات جابجايي پسماند كمتري نسبت به حالت اول دارد بدين ترتيب هدف اصلي استفاده از ميراگرهاي داراي آلياژ حافظه‌دار كه كاهش جابجايي نسبي پسماند طبقات است، به‌خوبي در همه قاب‌ها فراهم شده است. از مقايسه چهار حالت مي¬توان دريافت مبناي ارزيابي جهت مقايسه ميراگرهاي فولادي و آلياژحافظه دار، بهتر است كه سختي اين دو ماده نباشد، بلكه بهتر است نسبتي از نقطه تسليم و سختي دو ماده لحاظ گردد.

216693

زلزله

مهندسي عمران

دانشگاه صنعتي اصفهان

حسين تاجمير رياحي، محمود كدخدايي

حسين عموشاهي، فرهاد بهنام فر