铝泡沫/聚氨酯互穿相复合材料(AF/PU复合材料)的滞回摩擦特性
关键字：铝泡沫/聚氨酯穿透相复合材料、迟滞摩擦特性、能量耗散、准静态循环试验、修正后的Bouc-Wen模型
摘要：本研究通过预压缩、载荷频率和位移振幅对铝泡沫/聚氨酯互穿相复合材料(AF/PU复合材料)的滞回摩擦特性进行了实验研究。为了描述这种迟滞的反应，Bouc-Wen模型通过引入位移振幅所影响的累积刚度被。在载量位移滞后曲线中测量最大力、阻尼比，以评估多阶段滞回摩擦特性。实验结果表明，热体摩擦特性按载荷幅度分为三个阶段，与载荷频率无关，但每个阶段的过渡通过增强的预压缩而大大地达到。通过与实验数据的比较，发现修改后的Bouc-Wen模型可以有效地捕捉滞回摩擦反应。所有结果表明，AF/PU复合材料在摩擦阻尼器中具有良好的潜力，可提高地面运动下结构的抗震性能。
1、介绍
由于成本低，安装方便，摩擦减震器被认为是减少受地震影响结构动态响应的常见无源振动控制装置之一。摩擦阻尼器通过预紧力下两个实体之间的相对滑动运动产生的摩擦特性来抑制能量。Pall摩擦阻尼器(PFD)和能量消耗约束(EDR)[1]是结构工程中最常用的摩擦阻尼器。最先由Pall和Marsh[2，3]提出的PFD是安装在交叉支撑中心的双向摩擦装置。当其中一个支架的张力迫使接头和其他支架打滑时，PFD可以产生摩擦能量消耗。基于PFD的机械性能，吴和欧[4，5]对改进的PFD进行了研究，以便于制造和组装。Mualla[6]和Colajanni[7]研究了地震激发下PFD框架的性能。FluorDaniel公司[8]开发和测试EDR，它通过预先压缩的内部弹簧将内部和外部楔块推入摩擦垫中，从而消散摩擦能量。EDR的能量耗散机制激发了许多研究人员的灵感以开发应了各种用于建筑的摩擦装置，如Sumitomo摩擦阻尼器[9]、铁氟龙滑动轴承[10，11]、双凹摩擦钟摆轴承[12]、抬升约束摩擦钟摆轴承[13]、圆柱摩擦减震器[14]等等。
虽然上述传统摩擦阻尼器具有简单的消光性和良好的能量耗散性，但其恒定的摩擦力被地面运动强度所激活。当摩擦力水平高时，传统的摩擦减震器仅在地面运动期间激活强脉冲到中度脉冲，但在低强度运动中可能根本不起作用[23]。为了克服这个缺点，韦[15]和郭[17]通过将摩擦减震器与粘弹性减震器串联在一起，研究了混合减震器。唐[16]研究了装有这种混合减震器的顶层结构的摇盘试验。他们发现，这种混合减震器通过低地震期间粘弹性减震器的无弹性变形和中度至强震时摩擦阻尼器的均匀滞后而持续消散能量。为了控制摩擦力，一些研究人员通过添加压电陶瓷智能材料来开发半主动摩擦阻尼器[19]。可变摩擦阻尼器[20-23]采用复杂的设计，将摩擦材料和压电陶瓷智能材料相结合。此外，还开发了几种改进的方法，以减轻结构的抗震反应，这些结构只配备了摩擦阻尼器。例如，Marko和Markou[24，25]研究了结构的抗震缓解粘结弹性和摩擦阻尼器。
混合减震器和改进的方法很高效地克服了传统摩擦减震器的缺点，但其成本变得更昂贵，安装也变得困难。为了解决这个问题，最好开发一种互穿相复合材料(IPC)作为新的摩擦材料，因为IPC的每个成分都可以通过其连续形态[26-28]贡献其理想的特性。到目前为止，钢、黄铜、铝及其合金材料已主要用作金属摩擦材料[29，30]。根据混合减震器的变形特性和经二次强度运动改进的方法，由金属摩擦材料和粘弹性聚合物组成的IPC是摩擦阻尼器中应用的最佳摩擦材料。在前面的作品中，我们制作了一种IPC，称为铝泡沫/聚氨酯穿插相复合材料(AF/PU复合材料)，通过将聚氨酯(PU)注入开孔铝泡沫(AF)台架。我们发现，AF/PU复合材料可以从PU相和铝相[31]中获得独特的机械性能。为了挖掘AF/PU复合材料在振动隔离中的应用，我们研究了AF/PU复合材料的滞回摩擦特性。
在这项研究中，我们打算展示AF/PU复合材料在即使小位移振幅也激活的摩擦阻尼装置中具有良好的潜力，并且开发了一种螺栓连接摩擦元件，用于测量AF/PU复合材料的迟滞摩擦子的特性。本文的讨论分为三个部分。在第一部分，描述了AF/PU复合材料在抗跌摩擦摩擦变形时的变形机理。第二部分通过一系列准静态循环测试，描述了AF/PU复合材料的滞回摩擦特性，选取最大力、阻尼比和阻尼比来评估对AF/PU复合材料的迟滞摩擦特性进行预压缩、载荷频率和脱胶水泥振幅试验的结果。最后一部分，在实验结果的基础上，建立了修正后的Bouc-Wen模型并验证了此模型。
2、AF/PU复合材料的摩擦特性
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