八面體單元桁架結(jié)構(gòu)的構(gòu)建和簡(jiǎn)化方法分析.pdf

1、空間可展結(jié)構(gòu)是一類可折疊和展開(kāi)的機(jī)構(gòu)，折疊后，其結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省空間，便于儲(chǔ)存和運(yùn)輸；展開(kāi)時(shí)，可以得到工作所需要的大尺度的空間形狀或曲面。由于空間可展結(jié)構(gòu)的展開(kāi)狀態(tài)為工作狀態(tài)，此時(shí)需要其具有一定的保形和承載能力，故而許多空間可展結(jié)構(gòu)的展開(kāi)狀態(tài)都呈現(xiàn)桁架形式。在眾多的桁架結(jié)構(gòu)形式中，單元桁架式結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更好，而且任何預(yù)期的空間形狀都可以利用單元桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，因此這類結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。本文就是以空間可展結(jié)構(gòu)的展開(kāi)狀態(tài)為基礎(chǔ)，運(yùn)用八面體桁

2、架單元，來(lái)進(jìn)行空間可展結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。
　　首先研究構(gòu)建八面體單元桁架結(jié)構(gòu)的方法。通過(guò)各種假設(shè)，運(yùn)用多種幾何方法嘗試，最終確定由九個(gè)八面體單元構(gòu)建的拋物面桁架結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，獲得八面體單元拋物面桁架結(jié)構(gòu)的構(gòu)型方法，并據(jù)此構(gòu)建所要研究的八面體單元拋物面桁架結(jié)構(gòu)。
　　其次對(duì)建立的八面體單元拋物面桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行拓展性和穩(wěn)定性分析。通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)單元的比較，給出八面體單元形變與兩點(diǎn)距離（八面體單元上下弦節(jié)點(diǎn)連線和中弦節(jié)點(diǎn)所構(gòu)平面交點(diǎn)與該

3、平面形心距離）的對(duì)應(yīng)關(guān)系。以此為依據(jù)，求出結(jié)構(gòu)外圍拓展極限。給出自應(yīng)力模態(tài)數(shù)s、位移模態(tài)數(shù)m與幾何穩(wěn)定性的關(guān)系，利用結(jié)構(gòu)體系平衡方程求出結(jié)構(gòu)的平衡矩陣，通過(guò)模態(tài)數(shù)的大小對(duì)拋物面桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行判定。
　　接著利用ANSYS有限元分析軟件，分析桁架結(jié)構(gòu)在不施加預(yù)應(yīng)力時(shí)各個(gè)桿件的受力情況；對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的平衡矩陣進(jìn)行奇異值分解（SVD），將所得的自應(yīng)力模態(tài)向量進(jìn)行線性組合，并利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，得到一組最優(yōu)的預(yù)應(yīng)力；在施加預(yù)應(yīng)力的狀

4、態(tài)下對(duì)桁架結(jié)構(gòu)的各個(gè)桿件進(jìn)行受力分析，找出始終受到拉力的桿件；用索件替代恒定受拉的桿件，建立索桿結(jié)構(gòu)模型，檢驗(yàn)變桿為索的可行性。
　　最后利用平衡矩陣及幾何穩(wěn)定性的判定方法，在保持平衡矩陣秩不變的前提下，以去桿后結(jié)構(gòu)在垂直力作用下剛度基本不變作為依據(jù)，通過(guò)關(guān)聯(lián)矩陣變換，對(duì)結(jié)構(gòu)的去桿可行性進(jìn)行分析。在盡量保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提下，達(dá)到簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減輕質(zhì)量的目的。
　　通過(guò)這些研究，獲得了一些空間基本單元體構(gòu)建桁架結(jié)構(gòu)的方法，了解了