Technique and some study results of shape memory alloy-based damping device functional parameters

Abstract

Описано спроектований і виготовлений демпфувальний пристрій на основі використання сплаву із пам’яттю форми. Пристрій складається із попередньо розтягнутих дротів із сплаву, оснащений попередньо розтягнутими дротинами із псевдопружного NiTi сплаву та двох стиснутих пружин, які забезпечують розтяг дротів. Попередньо розтягнуті дроти із сплаву з СПФ забезпечують ефективні демпфувальні властивості пристрою, а попередньо стиснуті пружини – можливість знакозмінного навантаження і відновлення пристрою до початкового положення після зняття зовнішнього навантаження. Завдяки своїм конструктивним параметрам та ефекту псевдопружності даний пристрій забезпечує вільно центровану силу і добрі гасильні властивості, та може бути використаний для зменшення динамічних навантажень на будівельні споруди та інженерні конструкції. Для стабілізації функціональних властивостей дротин із СПФ, пристрій навантажували упродовж 50 циклів з частотою 0,5 Гц і амплітудою переміщення ? ? = 5 мм. Розроблена і апробована методика експериментального дослідження функціональних характеристик демпфувального пристрою на базі сервогідравлічної випробувальної машини, оснащеної системою автоматизованого управління і запису вимірювальних даних. Під час випробувань записували значення сили, переміщення робочого штоку пристрою і деформацію дротин із СПФ. Виявлено, що питома енергія дисипації за частоти навантаження 0,1 Гц майже пропорційна збільшенню амплітуди переміщення штоку пристрою, проте коефіцієнт втрат малочутливий до зміни амплітуди переміщення в діапазоні 3 мм…9 мм. Дані результати є важливими для подальших розрахунків і моделювання поведінки пристрою під дією циклічного навантаження.

A damping device based on the shape memory alloy which was designed and manufactured has been described in the paper. The device consists of two preliminary stretched wires made of pseudoelastic NiTi alloy and two compressed springs, that ensure the wires tension. The pre-stretched wires made of SMA provide the reliability of the system and good damping properties, and the preliminary compressed springs provide the possibility of alternating load and the restoring of the device to its original position after removing the external load. Due to the structural parameters and pseudoelastic effect the device under consideration provides the self- centering force and good damping properties, and can be used for dynamic loads reducing on building and engineering structures. To stabilize the functional properties of SMA wires the device had been loaded for 50 cycles at frequency of 0,5 Hz and displacement amplitude of 5 mm. The technique of experimental study of functional characteristics of damping device on the servohydraulic test machine equipped with the automatic control and measuring data recording system has been developed. Force, the device piston rod displacement and SMA wires strain had been measured during the test. The dissipation specific energy at 0,1 Hz frequency was found to be almost proportional to the displacement amplitude increase of the device piston rod but the loss factor was insensitive to the displacement amplitude change within the range from 3 to 9 mm. These results are important for further calculations and modeling of the behavior of the device under cyclic loading.