1آلیاژهای حافظه دار شکلی[1] به عنوان مواد نوین، به خاطر رفتار ویژه ای که دارند، توجه بسیاری از مهندسان را به خود جلب کرده اند. یکی از مهم ترین ویژگی های این مواد، رفتار فوق الاستیک آن هاست. این رفتار موجب بازگشت دوباره آلیاژ به فرم اولیه خود پس از تغییر شکل قابل توجه می شود. در این نوع رفتار، آلیاژهای حافظه دار می توانند مقادیر قابل توجهی از انرژی را نیز در حین بازگشت به حالت اولیه خود اتلاف کنند. در این تحقیق، از آلیاژ فوق الاستیک نایتینول برای بهبود عملکرد دمپرهای زانو استفاده شده است. برای این منظور، یک چارچوب با دمپر زانو به عنوان مدل مرجع انتخاب و با استفاده از نرم افزار عددی آباکوس مدل سازی و اعتبارسنجی شد. پس از تایید رفتار درست مدل عددی، دمپر SMA به صورت عمود بر دمپر زانو و در فاصله بین دمپر زانو و اتصال تیر به ستون نصب گردید. در این مقاله، دو پارامتر سطح مقطع و طول دمپر SMA بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که افزایش طول SMA موجب افزایش مقاومت سیستم می شود. همچنین با افزایش سطح مقطع دمپر SMA، تأثیر طول آن بر مقاومت سیستم بیشتر می گردد. افزایش سطح مقطع میراگر SMA همچنین به طور چشمگیری، خاصیت مرکزگرایی سیستم را افزایش می دهد. به علاوه، به دلیل مرکزگرایی قابل توجه مقدار اتلاف انرژی سیستم نسبت به مدل مرجع کاهش می یابد. میزان اتلاف انرژی وابسته به طول و سطح مقطع دمپر SMA است. به طوری که طول بیشتر SMA به معنای اتلاف انرژی بیشتر و سطح مقطع بیشتر به معنای اتلاف انرژی کمتر در سیستم می باشد.   [1] Shape Memory Alloys (SMAs)

در پژوهش حاضر، یک میراگر فلزی جاری شونده جدید از جنس آلیاژهای حافظه دار شکلی به منظور استهلاک انرژی و کنترل خسارت در اعضاء اصلی سازه های فلزی ارائه شده است، که از یک قسمت اصلی با هندسه آگزتیک و ساختار ضریب پواسون منفی تشکیل شده است، که از طریق تغییرشکل پلاستیک انرژی را جذب می کند. به منظور بررسی قابلیت جذب انرژی میراگر ارائه شده، مجموعه ای از تحلیل های غیرخطی شبه استاتیکی تحت بارگذاری کشش مستقیم و به کمک نرم افزار ABAQUS بر روی میراگر با پارامترهای هندسی مختلف انجام پذیرفته است. رفتار سوپرالاستیک آلیاژهای حافظه دار شکلی با استفاده از روابط ساختاری برینسون و به کمک زیربرنامه UMAT تعریف شده است. نتایج بررسی های المان محدود، نشان دهنده میزان شکل پذیری قابل قبول المان پیشنهادی و قابلیت بالای استهلاک انرژی می باشد. همچنین، مشاهده می شود که در حالت بهینه انرژی جذب شده ویژه و شکل پذیری میراگر آگزتیک پیشنهادی از جنس آلیاژ حافظه دار شکلی به ترتیب برابر J/kg 39/2 و 44 به دست می آید که به ترتیب در حدود 114% و 81% بیشتر از میراگر فولادی متناظر می باشد. بنابراین، میراگر جدید ارائه شده می تواند با رفتار شکل پذیر خود مقدار زیادی از انرژی ورودی را مستهلک نماید و به علت سادگی و عملکرد بالا جایگزین بسیاری از میراگرهای فلزی موجود شود.

حالت های مختلف کریستالی مواد حافظه دار شکلی در یک میراگر پیشنهادی به منظور به دست آوردن یک رفتار بهینه استفاده شده اند. میراگر پیشنهادی قابلیت استهلاک انرژی نسبی بالا، در عین حال رفتار بازگردانندگی دارد. ایده های مختلف طراحی برای بدست آوردن اثر ایده آل میراگرهای پیشنهادی در سازه ها، استفاده و مقایسه شده است. با مقایسه رفتار سازه های تقویت شده با میراگر حافظه دار شکلی پیشنهادی و سیستم مهاربندهای فولادی مقید در برابر کمانش، نشان داده شده است که سیستم های پیشنهادی دارای قابلیت کاهش خرابی های سازه و کاهش چشمگیر تغییر شکل های باقیمانده روی زلزله حتی پس از زلزله های بسیار شدید را دارد.

در سال های اخیر ایده استفاده از مصالح با دوام، دارای قابلیت جذب انرژی و شکل پذیری بالا در مهندسی سازه پر رنگ تر شده است. از جمله این نوع مصالح آلیاژهای حافظه دار شکلی هستند که در شرایط مختلف از خود خواص فیزیکی از پیش تعریف شده ای نشان می دهند. این مواد تحت سیکل های بارگذاری و باربرداری حتی پس از گذشتن از ناحیه تسلیم از خود کرنش پسماند ناچیزی نشان می دهند و در واقع در سازه نیروهای بازسازی کننده ای ایجاد می کنند. در مطالعه حاضر به بررسی تاثیر آلیاژهای حافظه دار شکلی در استهلاک انرژی و کاهش دامنه ارتعاش قاب فولادی چند طبقه پرداخته می شود و برای انجام این کار از میلگردهای آلیاژ حافظه دار شکلی در وسط المان قطری مهاربند استفاده شده است. نرم افزار مورد استفاده در این پژوهش نرم افزار ABAQUS می باشد. جهت اعتبارسنجی مدل ها، در ابتدا قاب دو طبقه مهاربندی مجهز به آلیاژ حافظه دار شکلی که در مطالعات آزمایشگاهی هان و همکاران در سال 2003 استفاده شده بود، در نرم افزار، مدل سازی و تحلیل شد. نتایج تطابق قابل قبول پاسخ های بدست آمده از دو روش آزمایشگاهی و تحلیلی را نشان می دهد. جهت بررسی تاثیر ارتفاع برعملکرد لرزه ای سازه های مجهز به این نوع از میراگرها، ساختمان های مورد مطالعه به 3 و12 طبقه افزایش یافت و روی مدل ها، تحلیل های رفت و برگشتی غیرخطی و دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی تحت شتاب نگاشت زلزله طبس انجام گرفت. نتایج بررسی ها نشان می دهد استفاده از این نوع میراگرها باعث تسریع در استهلاک انرژی و کاهش چشمگیر در دامنه ارتعاش و برش پایه می شود بطوریکه در حضورآلیاژ حافظه دار شکلی در ساختمان 3 طبقه، قابلیت جذب واستهلاک انرژی سیستم سازه ای 2.5 برابر و سختی اولیه سیستم سازه ای 2 برابر حالت اولیه می باشد. همچنین با افزایش ارتفاع، اثر بخشی آن در کنترل پاسخ لرزه ای سازه بین 10 تا 15 درصد کاهش می یابد.

مکانیسم های کنترل سازه ای به عنوان روشی قابل اعتماد و کارآمد برای بهبود عملکرد لرزه ای و پایداری سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند. یکپارچگی و تامین پایداری زیرساخت های عمرانی مانند سازه های دریایی و بویژه سکوهای نفتی که در معرض شرایط سخت محیطی قرار دارند از چالش هایی است که مهندسان طراح به دنبال برطرف کردن آن با ایجاد روش های نوین و همچنین بهبود دادن علمکرد سیستم های پیش تر توسعه یافته می باشند. هدف از پژوهش حاضر، بررسی اثر سطوح مختلف پیش تنیدگی سیم های آلیاژ حافظه دار شکلی موجود در میراگر غیرفعال مبتنی بر آلیاژ حافظه دار شکلی و تاثیر آن در کاهش پاسخ لرزه ای سازه بوده است. برای این منظور، یک سازه دریایی ساده شده با استفاده از نرم افزار OpenSEES مدلسازی شده و سیستم کنترل سازه ای میراگر غیرفعال مبتنی بر آلیاژ حافظه دار شکلی در آن قرار گرفته و نتایج حالات مختلف پس از اعمال هفت جفت حرکت زمین مقیاس شده از زلزله ها حوزه دور و تحلیل تاریخچه زمانی، ارزیابی شده است. نتایج به دست آمده گویای آن است که افزایش سطح مقطع سیم ها و همچنین افزایش میزان پیش تنیدگی آن ها باعث کاهش جابجایی حداکثر سازه می شود و عملکرد کلی سیستم کنترل سازه ای را بهبود می بخشد.

عمر مفید و سلامت سکوهای دریایی ثابت فولادی متاثر از میزان ارتعاشات دائمی وارده توسط نیروهای ناشی از وزش باد و برخورد امواج دریا است. حرکت های رفت و برگشتی سکو و عرشه روی آن، خستگی سازه و اتصالات را به همراه داشته و باعث اختلال در عملکرد تجهیزات، تاسیسات حفاری و همچنین بهره برداری از سکو می شود. بنابراین، هدف اصلی این تحقیق کنترل ارتعاشات سکوی دریایی ثابت فولادی با استفاده از میراگرهای آلیاژ حافظه دار است. آلیاژهای حافظه دار دارای دو ویژگی حافظه داری و فوق ارتجاعی بوده و به عنوان میراگر گزینه بسیار مناسبی محسوب می شوند. در این نوع آلیاژها، تبدیلات ساختاری کریستال ها از فاز آستنیت به فاز مارتنزیت و برعکس، با اتلاف و استهلاک انرژی همراه است. در این تحقیق یک سکوی دریایی مجهز به میراگرهای آلیاژ حافظه دار، به ارتفاع 90متر و در آبی به عمق 80متر، به صورت سیستم چندین درجه آزادی جرم متمرکز مدل سازی شده و تحت تاریخچه زمانی بار امواج دریا تحلیل شده است. برای حل دستگاه معادله دیفرانسیل حاکم بر ارتعاش سیستم و مدل سازی رفتار چرخه ای آلیاژ حافظه دار، به ترتیب از روش انتگرال گیری مستقیم و مدل چرخه ای ایده آل چندخطی استفاده شده است. مقایسه پاسخ های دینامیکی سکو در دو حالت "با" و "بدون" میراگر آلیاژ حافظه دار، 42% کاهش تغییر مکان عرشه، 62% کاهش شتاب عرشه و همچنین 32% کاهش نیروی برشی تراز پایه سکو را نشان داده است.

میراگر ویسکوز سوپر الاستیک (SVD) در واقع یک سیستم دوگانه غیر فعال می باشد که از ترکیب میراگرویسکو الاستیک و آلیاژ حافظه دار (SMA) به صورت موازی تشکیل شده است. این میراگر در واقع یکی از به روزترین میراگر ها در استهلاک انرژی می باشد که با افزایش خاصیت ارتجاعی و ظرفیت اتلاف انرژی بالا به عنوان یک میراگر کاربردی مطرح شده است. در این مقاله سعی گردید میزان خسارت لرزه ای قاب های فولادی خمشی مجهز به میراگر ویسکوز سوپرالاستیک در مقایسه با سیستم قاب خمشی ویژه فولادی و قاب مهاربندی کمانش ناپذیر مورد ارزیابی قرار گیرد. تحلیل غیرخطی دینامیکی افزاینده(IDA) سازه ها توسط نرم افزارOpensees انجام گردید. در این تحقیق قاب های 5 و 9 طبقه در سه حالت قاب خمشی ویژه، قاب مهاربندی کمانش ناپذیر و قاب خمشی مجهز به میراگر ویسکوز سوپر الاستیک مورد تحلیل و ارزیابی خسارت لرزه ای قرار گرفتند. نتایج نشان می دهد نرخ فراگذشت سالیانه به ازاء حداکثر جابجایی نسبی ماندگار (MRD) معادل %2/0و %5/0در قاب های 9 طبقه برای سازه های دارای بادبند کمانش تاب (BRB) و میراگر ویسکوز سوپر الاستیک (SMA) به طور قابل توجهی کمتر از قا ب های خمشی ویژه دارای مقطع کاهش یافته (RBS) می باشد و عملکرد لرزه ای سازه های مذکور با استفاده از بادبند BRB و میراگر SMA ارتقاء می یابد. مقادیر احتمال شکست ناشی از جابجایی ماندگار در سازه هایSMA ، BRB و RBS در قاب 9 طبقه به ترتیب 45/1، 75/1 و05/1 برابر مقادیر احتمال متناظر در قاب های 5 طبقه می باشد.

1تجربه ­های به دست آمده از زلزله های گذشته و عملکرد لرزه ای ضعیف بعضی از سازه ها در این مواقع، نیاز به استفاده از سیستم های نوین لرزه ای را نشان می­ دهد. این امر بررسی های بیش تر سیستم های لرزه ای جانبی سازه مانند میراگرهای اتلاف کنندۀ انرژی برای بهبود عملکرد لرزه ای سیستم های موجود را ضروری می ­نماید. میراگرهای انرژی به صورت کلی به دو دسته میراگرهای مبتنی بر سرعت مانند میراگرهای ویسکوز و میراگرهای مبتنی بر تغییرمکان مانند میراگرهای تسلیمی و اصطکاکی تقسیم می شوند. میراگرهای اصطکاکی یکی از مؤثرترین وسایل مستهلک کنندۀ انرژی در سازه هستند که در آن بدون ایجاد خرابی (تسلیم شدگی) و با مکانیزم ایجاد اصطکاک می­تواند انرژی لرزه­ای را مستهلک کند. در این مقاله سیستم جدیدی از ترکیب قاب مهاربندی زانویی (KBF) و میراگر اصطکاکی (KBFD) مورد مطالعه قرارگرفته است. میراگر مورد استفاده به صورت یک میراگر اصطکاکی خطی با شیار لوبیایی است. هدف از قراردادن میراگر اصطکاکی در این پیکربندی کمک به جلوگیری از کمانش خارج از صفحۀ مهاربند مجهز به میراگر و استفادۀ حداکثری از ظرفیت میراگر جهت بهبود عملکرد لرزه­ای KBF می باشد. در این مقاله ابتدا صحت سنجی مدل المان محدود KBFD با استفاده از نتایج آزمایشگاهی صورت گرفته است. سپس با درنظرگرفتن شش نوع قاب KBFD که در آن نیروی پیش تنیدگی میراگر اصطکاکی به عنوان پارامتر متغیر در نظر گرفته شده، مورد مطالعه قرار گرفته ­اند. این مطالعات شامل انجام تحلیل پوش­آور جهت محاسبۀ پارامترهای لرزه­ای سازه همچون ضریب شکل­پذیری و ضریب رفتار سازه بود. نتایج حاصل از این تحلیل­ ها نشان دهندۀ بهبود عملکرد لرزه ­ای KBFD نسبت به KBF است به صورتی که ضریب شکل­ پذیری و ضریب رفتار سازه افزایش یافته است. بر اساس نتایج حاصله با افزایش نیروی پیش تنیدگی، ضریب رفتار نیز افزایش و مابین 9/7 تا 9 پیشنهاد می­ گردد. همچنین این قاب­ ها برای مطالعۀ بیش تر رفتار لرزه ­ای، تحت اثر بارگذاری چرخه ­ای قرار گرفتند. نتایج حاصل از تحلیل قاب­ ها به­ صورت منحنی های هیسترزیس، سختی اولیه و سکانتی، مقاومت قاب ها، شکل پذیری، ضریب رفتار، انرژی مستهلک شده و میرایی ویسکوز معادل چرخه ای گزارش شده است. نتایج به دست آمده بیانگر این حقیقت هستند که با عمل کردن میراگر اصطکاکی، کاهش نیاز لرزه ­ای بر روی مهاربند و ستون ­ها به خوبی صورت می ­گیرد. همچنین منحنی های هیسترزیس به دست آمده، سطح بالایی از اتلاف انرژی زلزلۀ ورودی و عملکرد مناسب لرزه ای قاب ها با پیکربندی پیشنهادی را نشان می ­دهند.

در تحقیق حاضر برای اولین بار رفتار مکانیکی میراگر فلزی تسلیم شونده شیاردار از جنس آلیاژهای حافظه دار شکلی بررسی شده است. عملکرد لرزه ای سیستم جدید ارائه شده، با استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی بار افزون در نرم افزار آباکوس مطالعه شده است. رفتار سوپر الاستیک آلیاژهای حافظه دار شکلی، با استفاده از مدل رفتاری برینسون و با لحاظ کردن تبدیلات فازی و همچنین معیار شکست دراکر-پراگر توسط زیربرنامه UMAT به نرم افزار آباکوس اعمال شده است. پس از صحت سنجی مدل المان محدود با نتایج موجود در تحقیقات، تأثیر جنس و پارامترهای هندسی عرض و تعداد شیارهای میراگر بر روی سختی، جابجایی و نیروی تسلیم، جابجایی و نیروی نهایی، شکل پذیری و قابلیت جذب انرژی میراگر مطالعه شده است. همچنین، قابلیت به کارگیری این نوع میراگر در قاب فولادی با استفاده از روش دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی و با در نظر گرفتن هشت شتاب نگاشت مربوط به زلزله های حوزه دور و حوزه نزدیک گسل مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان می دهد که شکل پذیری میراگر جدید ارائه شده در حدود 56 بوده و از شکل پذیری بسیاری از میراگرهای متداول فلزی بیشتر می باشد. همچنین، میراگر مورد مطالعه از جذب انرژی بالایی برخوردار است و می تواند به راحتی جایگزین سایر میراگرهای فلزی جاری شونده از جمله ADAS و TADAS شود. علاوه بر این، مشاهده می شود که میزان شکل پذیری و جذب انرژی سیستم پیشنهادی نسبت به قاب مهاربندی شده با میراگر متناظر فولادی افزایش قابل ملاحظه ای یافته و می تواند در کاربردهای مهندسی مورد استفاده قرار گیرد.