形状记忆合金在土木工程的应用论文
摘要：本文主要对形状记忆合金（SMA）的主要性能进行分析，并且探讨它在土木工程中的使用状况，分析现在形状记忆合金在土木工程范围中存在的主要问题和将来的发展趋势。
关键词：形状记忆合金；土木工程；使用价值
最近几年，怎样有效的提升土木工程构造的安全性、持久性是现在人们普遍关注的问题之一。通过各国学者的不断努力和研究，针对该情况也提出了相关的解决措施，来进一步的加强结构中的安全性和稳固性。其中，因为智能材料所融合而成的智能材料结构系统在土木工程的使用过程中，不但具有强大的吸引力，还具有鲜明的革命性。现在，土木工程范围中使用最为普遍的就是只能材料有形状记忆合金、压电材料、光栅光纤和磁流变体等。在丰富多样的智能材料中，形状记忆合金，英文名为ShapeMemoryAlloy，简称SMA，该材料对形状具有一定的记忆性，该材料自身具有感知性、判断性和自我适应性等特征。SMA因为其恢复变形大、因为受限回复时可能产生大量的驱动力、电阻对应比较敏感、高阻尼性能、抗疲劳性能好，而且还可以完成多样化的变形模式，容易和混凝土、钢等材料融合起来，并且受到了人们的广泛关注，国内外很多学者对SMA在土木工程中的使用进行了相关的理论探索和实验研究。
1SMA的主要价值
1.1形状记忆效用（SMA）。相撞记忆效用主要表现在一些具有热弹性或是引发马氏体相变的材料存在于马氏体状态中，并且通过一定程度的变形，经过加热并超越了马氏体相，等到温度消失之后，材料的形状可以恢复到之前的模样和体积。因为材料记忆效用各不相同，主要划分为单程、双程和全方位SMA，单程SMA是指材料只能进行一次动作，也就是加热之后保持高温时的状态，并且一直维持；双程SMA主要是指材料反复加热和遇冷之后，能够反复在高、低温之间进行变化；全方位SMA主要是指材料在保持双程记忆的时候，如果冷却到特别低的温度，就会呈现出和高温完全不一样的形状。
1.2超弹性(PE)。超弹性就是指当SMA温度超越奥式体变相完成温度Af之后，加载应力达到了弹性极限，也就出现了非弹性应变，持续加载将会出现马氏体相变，但是马氏体也会因为应力的丧失而消失，虽然不加热也会出现马氏体逆相变，并且恢复到原来的材料状体，也就是奥式体相，应力效用中的整体变形也会因为逆相变的出现而完全消失。
2形状记忆合金在土木工程范围中的使用状况
2.1对结构振动的把控。SMA在结构振动方面的把控，能够有效的减轻该构造在地震载荷中所出现的位移状况，所以结构振动把控是SMA在土木工程范围中的主要研究目标。现在，SMA主要是进行结构方面的把控，其研究内容主要集中在SMA在提升作动器使用频率方面的效用；在被控制方面主要研究使用SMA材料构建阻尼元件和振动隔离器。只有构建完整的作动元件和智能阻尼元件，才能有效的把控结构的振动状况。怎样合理的使用SMA的特征来把控结构振动，尤其是把控建筑构造在震动效用中对SMA材料特征和效能的转变，研究新颖的大应变、强大的驱动力、提升响应效率、使用稳定性的SMA材料，这些都是国外热切关注的研究课题。
2.2对结构裂纹和损伤进行有效的监控。在现在的工程结构中最为主要的问题就是裂纹和损伤的积极探索和有效的把控，也是现在急需要处理的问题之一。在一些大型构造中，其中的.关键受力部件对裂纹和损伤的影响十分巨大，如果出现重要的事故问题，使用传统的技术和模式不能有效的挖掘构建中的裂纹和应力部位，这时就可以运用SMA对应变敏感、电阻率和加热后能够产生大回复力的特征，再融合微处理器，把传感驱动有效的结合起来，使得自动化探索裂纹或损伤以及主动把控裂纹拓展的控制体系得以构建。把SMA制作成丝或是薄膜粘连在容易出现裂纹或应力比较聚集的范围，如果构件出现裂纹或是损害，处在裂纹部位的SMA就会因为裂纹部位的伸展而出现位移，产生局部的变形状况，影响材料电阻值的转变。
随着裂纹不断的拓展和外部载荷的不断增加，其中张开位移的地方也在增加，其中构建裂纹部位的SMA处的变形也会加剧，而且电阻值也会提升，其中电阻值的转变和规律状况，都可以通过微处理器来检测出裂纹的状况和位置。如果构件的裂纹或损伤上升到需要把控的范围，SMA的转变信号可以经过微机体系进行分析研究，从而发出自动化的控制信号，把SMA进行通电加热，其中的温度超过SMA相转变点时，它内部就会出现回复效果，SMA产生动作，进行回缩。因为裂纹外部受到外载效用的影响，阻碍了其恢复的进程，所以SMA就会出现大范围的回复力，该回复力因为裂尖展开位移的延展，也开始增大。该回复力使得裂尖受力的情况发生了转变，驱动裂纹融合起来，相应的裂纹张开位移也开始缩小，需要对裂纹进行有效的把控。在实际操作的过程中，要精简构造，也可以运用SMA自身的特征和伪弹性的特点来完成裂纹的有效把控。
3形状记忆合金在土木工程中应用的不足
虽然形状记忆合金自身的性能比较独特，但是在结构减震控制的过程中，对它的使用也表现出了它的独特性和发展趋势，但是整体上来讲，针对架构减震中的形状记忆合金特性的研究还不够详细，发展形状记忆合金驱动器的过程中还存在很多的不足。
3.1SMA是驱动器，在进行合金的时候需要能量的耗损，并且对SMA进行加热或是制冷的时候，所产生的驱动力都有时间的限制，所以在控制频率上也受到了制约。如果直接利用通电的方式进行刺激，以材料自身的电阻进行加热，因为合金的电阻不大，刺激它需要使用大电流、较粗的导线，所以对一些智能材料实用性不强。所以在减震的SMA中，该减震合金的衰减率比较小，并且衰减率和温度与振幅密切相关，而且该功能不强、代价较大等因素都是制约SMA在减震中使用频率的重要因素。所以对SMA的性能进行深入探索，提升SMA驱动器的响应速度，尤其是针对结构减震有关的性能进行探索具有十分重要的作用。
3.2SMA功能材料的挖掘，转变了过去的传统金属观念，胡克定律已经不适用于该材料。所以，为了使用该材料制造主、被动控制器，需要对SMA的整体力学特性进行深入探索，构建适用于工程过程中的简化本构模式才是处理实际问题的重要方式。
3.3使用SMA的超弹性功能和高阻尼特征来构建阻尼器从而有效的减轻构造的地震反应，并且实验也证明了SMA在减震和抗震方面的作用，所以需要深入探究和研究新颖的形状记忆合金主、被动控制器，而且运用SMA控制器的制作准则。还有，针对装有SMA控制器构造的减震控制效能进行探索，SMA控制器在结构工程中的实用性和实际工程设计探索的方法研究，SMA控制器的准确性、持久性等内容都要进行深入探索。
4结束语
本文主要对SMA的主要性能和土木工程的使用前景进行了分析。虽然形状记忆合金的理论还需要不断的加强，它在土木工程中的使用还处于探索阶段，但是人们对SMA性能的研究正在不断的深入，相信在未来的土木工程范围中的使用价值还是十分巨大的。
参考文献
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