形状记忆合金(Shape Memory Alloys,简称SMA)是一种具有多种特性的新兴功能材料,具有独特的形状记忆效应,即在低温马氏体状态下产生塑性变形,经高温加热后可完全消失并能恢复到初始状态,如果其形状恢复受到约束,则将产生很大的相变恢复力,并且还具有良好的相变伪弹性和高阻尼特性,能够耗散较大的输入能量,从而减小结构的地震响应。本文针对地震作用下空间结构的主要受力和变形特点,基于SMA独特的超弹性和形状记忆效应等,研发了SMA被动、主动/被动混合控制系统,将其集成于空间模型结构中,并进行了相应的模拟地震振动台试验和分析。具体工作和研究内容如下:(1)采用计算机伺服控制材料试验机,进行了12组48根奥氏体、3组30根马氏体形状记忆合金材料的力学性能试验,通过改变电流、加载幅值、加载速率、循环次数和直径等主要试验参数,研究了形状记忆合金材料的力学特性,结果表明加载幅值和加载速率是影响奥氏体材料力学性能的主要参数,电流和加载幅值是影响马氏体材料恢复力特性的主要参数。(2)简单总结了SMA的本构关系及其各自的优缺点,并介绍了ANSYS有限元程序所采用的SMA超弹性回复力模型;同时,基于形状记忆合金材性试验以及Brinson本构模型,推导出马氏体相SMA一维恢复力公式,并建立了分段线性的形状记忆合金材料恢复力本构模型。(3)为了验证形状记忆合金被动、主动/被动混合控制系统的控制效果,本文设计并制作了1个2跨3层的空间结构模型,研发了2种新型的形状记忆合金控制装置和通电升温/稳压系统,并将其集成于空间模型结构中,选择了EL-Centro、Taft等3种地震波及3种不同的加速度峰值,采用被动和主/被动混合控制等方法,进行了未安装、随机安装、优化安装形状记忆合金控制系统等30多种工况下的空间模型结构的模拟地震振动台试验。结果表明,一般情况下,采用形状记忆合金被动控制系统时,模型结构的地震加速度响应可减小20%左右,层间位移可减少30%左右;采用形状记忆合金主/被动混合控制系统时,模型结构的地震加速度响应可减小30%左右,层间位移可减小45%左右,说明文中所提控制方法较好,具有较好的应用价值和前景。