空間結(jié)構(gòu)智能穩(wěn)定控制的基本理論與試驗研究.pdf

1、空間鋼結(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用最廣泛的工程結(jié)構(gòu)形式之一。由于鋼材具有輕質(zhì)高強(qiáng)的特性，截面比較開展纖細(xì)，所以常常造成結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞，并且這種破壞一旦發(fā)生，結(jié)構(gòu)將隨之坍塌，導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，研究空間鋼結(jié)構(gòu)的靜/動力穩(wěn)定問題具有重要的理論意義和實用價值。
　　 目前，避免或防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的豐要方法是增大桿件的截面面積或控制桿件的長細(xì)比等，是一種被動的設(shè)防方法。為此，本文基于結(jié)構(gòu)控制的思想，提出了應(yīng)用壓電主元桿件進(jìn)行空間鋼結(jié)構(gòu)智能穩(wěn)定監(jiān)測與控

2、制的方法，進(jìn)行了相應(yīng)的理論和試驗研究，主要工作包括：
　　 (1)根據(jù)壓電材料的電力學(xué)特性，提出了一種適用于空間鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定監(jiān)測與控制的壓電土元桿件的構(gòu)造方法，其主要原理是在普通桿件的適當(dāng)部位集成壓電堆以形成壓電主元桿件，并將其集成在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，從而滿足承載、監(jiān)測和驅(qū)動的功能要求。
　　 (2)以本文提出的壓電主元桿件為計算模型，研究了壓電主元桿件的靜力穩(wěn)定控制性能，探討了不同長度比、剛度比以及驅(qū)動力等因素對其控制性能

3、的影響，同時還研究了壓電主元桿件的動力穩(wěn)定控制性能，分別考慮了突加荷載、簡諧荷載以及地震作用等對其控制性能的影響，提出了相應(yīng)的靜勵力穩(wěn)定控制理論分析模型。
　　 (3)采用自編的Matab程序，以簡諧荷載為例，研究了壓電主元桿件考慮機(jī)電耦臺作用和不考慮帆電耦合作用時的動力穩(wěn)定控制性能，并通過對其前三個主要動力失穩(wěn)區(qū)域的跟蹤，探討了壓電堆長度、壓電堆夾持力以及外部激勵特性等對其動力穩(wěn)定擰制性能的影響，得出了壓電主元桿件動力穩(wěn)定控制

4、性能的一般規(guī)律。
　　 (4)進(jìn)行了122根兩種不同材料、17種長細(xì)比、2種類別的空間結(jié)構(gòu)桿件穩(wěn)定性能試驗，同時進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析，建立了根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件顯式響應(yīng)進(jìn)行失穩(wěn)判別的雙參數(shù)準(zhǔn)則．得到了相應(yīng)的簡化計算公式。此外，還研究了壓電主元桿件中壓電堆的最優(yōu)長度和最優(yōu)位置等，設(shè)計、制作了2根試驗用壓電主元桿件，并進(jìn)行了相應(yīng)的穩(wěn)定控制試驗，檢驗了其靜，動力穩(wěn)定控制效果。
　　 (5)根據(jù)壓電材料的機(jī)電耦合效應(yīng)以及本文提出的失穩(wěn)判

5、別準(zhǔn)則與穩(wěn)定控制方程等，編寫了能夠進(jìn)行波形發(fā)生、數(shù)據(jù)采集、閾值判別和馳動等多功能的Visual：Basic程序，并且自主設(shè)計開發(fā)了能夠適用于空間鋼結(jié)構(gòu)失穩(wěn)監(jiān)測和穩(wěn)定控制的專用智能控制器，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與控制的同步進(jìn)行。
　　 (6)根據(jù)優(yōu)化控制理論，研究了空間結(jié)構(gòu)設(shè)置壓電主元桿件的優(yōu)化分析理論模型，提出了相應(yīng)的實用優(yōu)化設(shè)計方法，即最大相對位移法，討論了最大貢獻(xiàn)率的計算方法和步驟以及壓電主元桿件的最優(yōu)設(shè)置位置等，并以此為依

6、據(jù)設(shè)計、制作了2個含壓電主元桿件的空間結(jié)構(gòu)模型。
　　 (7)考慮壓電主元桿件的機(jī)電耦臺作用和非機(jī)電耦合作用，進(jìn)行了2個空間結(jié)構(gòu)模型無控和有控時的振動臺試驗，分別輸入El-centro地震波和簡諧波等，其中地震波激勵時的峰值加速度為200ga1-1200gal，簡諧波激勵時的驅(qū)動電壓放大倍數(shù)分別為1倍、10倍、20倍和30倍等，以探討壓電主元桿件的穩(wěn)定監(jiān)測/控制規(guī)律和效果。
　　 (8)以非線性有限元方法為基礎(chǔ)，考慮壓電