壓電智能結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性及判定準(zhǔn)則研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展,大跨度空間結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于人們的社會生活和工業(yè)生產(chǎn)中。然而由于大跨度空間結(jié)構(gòu)中的桿件通常比較纖細,因此屬于缺陷敏感結(jié)構(gòu),而且頻率分布也比較密集,振型數(shù)目較多。在受到強風(fēng)、雨、雪以及地震等復(fù)雜的動力荷載作用下,很容易發(fā)生動力失穩(wěn)破壞,造成巨大的經(jīng)濟損失。近年來發(fā)展迅速的結(jié)構(gòu)智能控制技術(shù)為防止此類結(jié)構(gòu)發(fā)生動力失穩(wěn)現(xiàn)象提供了一個新途徑。目前利用智能控制技術(shù)對大跨度空間結(jié)構(gòu)進行動力穩(wěn)定控制的研究還處于起步階段,因此,對智能

2、結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定性問題進行深入的研究具有重要的理論意義和實用價值。
　　本文以控制大跨度空間結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定為目的,利用壓電智能材料的正逆壓電效應(yīng),設(shè)計了一種壓電套筒式拉壓雙向受力的主元桿件。并以此壓電主元桿件為研究對象對桿件進行了驅(qū)動器力學(xué)試驗研究和動力穩(wěn)定性分析。其主要的研究工作如下:
　　(1)針對課題組設(shè)計制作的八根壓電套筒式拉壓雙向受力主元桿件驅(qū)動器,分析了驅(qū)動電壓與驅(qū)動力之間的關(guān)系;根據(jù)壓電堆片數(shù)得到了最大驅(qū)動電壓下

3、的理想最大驅(qū)動力;并進行了驅(qū)動力性能試驗研究。試驗結(jié)果表明,驅(qū)動電壓與驅(qū)動力呈線性關(guān)系;但試驗得出的最大驅(qū)動力與理想最大驅(qū)動力有一定差距,說明其由于制作工藝等原因在施加電壓時有能量的損耗。
　　(2)建立了壓電主元桿件分析動力失穩(wěn)區(qū)域的計算模型;推導(dǎo)了在簡諧荷載作用下壓電主元桿件,考慮機電耦合且不考慮阻尼及同時考慮機電耦合與阻尼時的馬奇耶方程;并分別求解了主元桿件在兩種情況下的第一、第二動力失穩(wěn)區(qū)域;得到了壓電堆相對長度與動力失穩(wěn)

4、區(qū)域的隱含關(guān)系。利用MATLAB軟件進行算例分析,驗證了壓電主元桿件在結(jié)構(gòu)中能起主動控制的作用;得出了在實際工程應(yīng)用中宜控制壓電堆長度小于或等于總長的一半,壓電主元桿件既經(jīng)濟實用又可以起到理想的控制效果。
　　(3)總結(jié)了現(xiàn)階段實際工程中常用的結(jié)構(gòu)動力穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則,并分別介紹了各判定準(zhǔn)則的實用范圍及其優(yōu)缺點;推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)的能量變化、剛度矩陣正定性及動力穩(wěn)定性三者之間的關(guān)系;基于能量變化定義了適用于彈性結(jié)構(gòu)的動力穩(wěn)定判定準(zhǔn)則。利用A