基于Arduino UNO的形状记忆合金智能修复RC损伤梁研究
传统的土木设计、施工以及后期修复加固大多需要人为现场参与，具有工期长、效率低以及安全性保障等问题。随着智能化时代的到来，运用智慧材料、计算机技术等新兴技术赋能传统的基建行业，实现结构的智能化设计、施工以及修复加固等。本文为了实现智能化在工程中的应用，利用新型智能材料形状记忆合金的形状记忆特性，探究设计其配套的智能控制硬件和软件设施，致力于智能化加固钢筋混凝土梁以及钢筋混凝土梁出现损伤后的修复。本文主要研究工作如下： （1）本文进行了CFRP、环氧树脂和SMA丝材的相关材性试验研究。试验分为两部分：第一部分：与SMA丝材复合所需要的材料的材性试验，主要进行了CFRP片材的单轴拉伸试验和环氧树脂骨棒的单轴拉伸试验，分别得到它们的单轴拉伸强度以及弹性模量；第二部分：SMA丝材的基本热力学特性研究，主要包括：a）SMA丝材在马氏体相下的单轴拉伸试验，b）SMA丝材的温度与通电电流的大小关系试验，c）SMA丝材在不同预应变下能够产生的回复应力试验，和d）对SMA丝材循环升降温对SMA丝材所能产生的回复力的影响试验。试验得到了SMA丝材的温度和电流呈现对应关系；根据回复性能试验得到SMA丝材的回复应力-温度关系；并且可以通过对SMA丝材反复升降温的训练从而使其最终所能产生的回复力稳定。 （2）本文基于对SMA丝材的材性研究，从软件和硬件的角度探究设计了配套SMA丝材的智能化控制装置。对于硬件的研发，本试验以ArduinoUNO智能开发板为智能控制终端，并且设计制造了应变传感器模块和继电器模块，并配以各自所需要的电源，最后用面包板和导线将所有硬件以及SMA丝材连接起来，形成整个完整的回路智能控制系统；对于软件的研发，本文主要以ArduinoUNO智能开发板所配套的ArduinoIDE软件进行程序逻辑的编写，辅助以Python和JupyterNotebook进行二次开发实现数据实时的可视化以及数据的实时储存。整个控制程序的逻辑编写采用C语言和Python语言，基于SMA的升温产生回复力的特性进行编写，并结合PWM原理对输出电压进行智能调控，并对软件进行了走查，最终能够实现根据外界条件对SMA丝材智能化的输出电流的功能。 （3）本文将SMA丝材与FRP复合后外贴于钢筋混凝土梁的底部，并连接探究研发的智能控制装置，然后对钢筋混凝土梁施加荷载，探究装置在实际钢筋混凝土梁加载试验中的实现效果，观察梁的加载点位移、跨中位移、跨中钢筋应变以及裂缝宽度的变化。试验发现本文研发的智能控制装置能够对梁进行多次修复，并且SMA丝材的修复能力在梁多次损伤后不会有显著降低，梁的修复过程全程没有人为参与，从而实现了真正的智能化。
钢筋混凝土梁;形状记忆合金;智能化加固;ArduinoUNO;损伤修复
东南大学
硕士
桥梁与隧道工程
王文炜
2022
中文
TU375.1
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）