基于有限元法的壓電桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性研究.pdf

1、由于桁架結(jié)構(gòu)具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、拆裝和運(yùn)輸方便等特點(diǎn)，因而被大量應(yīng)用于航空航天、橋梁、建筑和車輛辭行業(yè)。特別是隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，空問(wèn)桁架結(jié)構(gòu)得到日益廣泛的應(yīng)用；在土木工程中，應(yīng)用廣泛的網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、罔架結(jié)構(gòu)和塔架結(jié)構(gòu)等都屬于空間桁架結(jié)構(gòu)體系;在航天工程中。運(yùn)載火箭儀器艙、人造衛(wèi)星天線塔、船箭接口支架以及空間站骨架結(jié)構(gòu)等也是采用桁架結(jié)構(gòu)。由于這類結(jié)構(gòu)具有撓性大、固有頻率低、阻尼小、質(zhì)量輕等特點(diǎn)，同時(shí)由于特殊的工作環(huán)境等原因，必須滿足特定的穩(wěn)定性和振

2、動(dòng)性能要求，對(duì)它進(jìn)行穩(wěn)定分析一直以來(lái)都是有限元應(yīng)用中最有興趣的課題之一。
　　 目前，對(duì)這類結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析和智能控制還少有研究。這主要是由于穩(wěn)定問(wèn)題本身很復(fù)雜，影響因素很多，而關(guān)于結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的實(shí)用判別準(zhǔn)則學(xué)術(shù)界還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)，同時(shí)結(jié)構(gòu)在恒載、風(fēng)荷載以及地震隨機(jī)荷載等的作用下，穩(wěn)定問(wèn)題屬于非線性大變形范疇，這就使得問(wèn)題研究的難度明顯增加。傳統(tǒng)的肪止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的方法主要依靠增大桿件截面面積、控制桿件長(zhǎng)細(xì)比等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其結(jié)果是結(jié)

3、構(gòu)一經(jīng)設(shè)計(jì)、制造安裝完成之后,其性能和用途等均很難改變.不能適應(yīng)飛速發(fā)展的大跨度大空間結(jié)構(gòu)的多功能要求。
　　 近年來(lái)，材料、控制、信息、微電予和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的迅速發(fā)展.特別是智能材料結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究取得了突破性進(jìn)展，為大跨空間結(jié)構(gòu)的智能控制提供了依據(jù)。因此，本文將壓電智能材料引入普通桁架結(jié)構(gòu)中,利用壓電智能材料特殊的物理力學(xué)性能。即獨(dú)特的正、逆壓電效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行主動(dòng)穩(wěn)定控制，以便從根本上解決這類結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問(wèn)題。具體內(nèi)容如下：

4、
　　 論文首先根據(jù)壓電材料的基本力學(xué)性能設(shè)計(jì)了一種適宜于桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制的壓電主動(dòng)稈件。該桿件是在普通桿件中局部嵌入壓電堆，即局部由壓電堆單元組成，壓電堆單元由壓電陶瓷薄片疊舍而成.力學(xué)上串聯(lián)，電學(xué)上并聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)了大驅(qū)動(dòng)力和大驅(qū)動(dòng)位移的要求，同時(shí)也可減小驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)高的要求，在工程結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制中具有較好的應(yīng)用前景。按照上述方法設(shè)計(jì)的壓電主動(dòng)桿件，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的主動(dòng)控制，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)性能的主動(dòng)檢淵和主動(dòng)穩(wěn)定控制。

5、r>　　 其次，文中還建立了壓電桁架結(jié)構(gòu)的有限元模型，推導(dǎo)出壓電桁架結(jié)構(gòu)在靜力作用下的機(jī)電耦舍剛度矩陣，并分別對(duì)壓電主動(dòng)桿件和普通桿件進(jìn)行了有限元分析。根據(jù)勢(shì)能駐值原理建立了壓電桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特征方程，通過(guò)對(duì)該方程的求解得到結(jié)構(gòu)的屈曲臨界荷載，分析了壓電材料對(duì)結(jié)構(gòu)靜力穩(wěn)定性控制的效果。
　　 最后.推導(dǎo)了壓電桁架結(jié)構(gòu)在周期性荷載作用下的Malhieu—Hill方程，并分別在考慮阻尼和不考慮阻尼的情況下，推導(dǎo)了求解壓電桁架結(jié)構(gòu)的