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)造簡單、拆裝和運輸方便等特點，因而被大量應(yīng)用于航空航天、橋梁、建筑和車輛辭行業(yè)。特別是隨著計算機的發(fā)展，空問桁架結(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，同時由于特殊的工作環(huán)境等原因，必須滿足特定的穩(wěn)定性和振

2、動性能要求，對它進行穩(wěn)定分析一直以來都是有限元應(yīng)用中最有興趣的課題之一。
　　 目前，對這類結(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)的實用判別準則學(xué)術(shù)界還沒有一個統(tǒng)一的認識，同時結(jié)構(gòu)在恒載、風(fēng)荷載以及地震隨機荷載等的作用下，穩(wěn)定問題屬于非線性大變形范疇，這就使得問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、控制桿件長細比等方法來實現(xiàn)，其結(jié)果是結(jié)

3、構(gòu)一經(jīng)設(shè)計、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，材料、控制、信息、微電予和計算機科學(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。即獨特的正、逆壓電效應(yīng)對結(jié)構(gòu)進行主動穩(wěn)定控制，以便從根本上解決這類結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問題。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)計了一種適宜于桁架結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制的壓電主動稈件。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)，從而實現(xiàn)了大驅(qū)動力和大驅(qū)動位移的要求，同時也可減小驅(qū)動電壓過高的要求，在工程結(jié)構(gòu)的主動控制中具有較好的應(yīng)用前景。按照上述方法設(shè)計的壓電主動桿件，既能實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)承載力的主動控制，又可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)性能的主動檢淵和主動穩(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)在靜力作用下的機電耦舍剛度矩陣，并分別對壓電主動桿件和普通桿件進行了有限元分析。根據(jù)勢能駐值原理建立了壓電桁架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特征方程，通過對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