基于扁曲梁屈曲特性的形狀自適應結構單元分析與實現(xiàn).pdf

1、近些年來，隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，建筑結構不再是一個獨立的學科，而是融合了很多學科比如機械、物理等。在此基礎上，建筑形式也變得豐富多彩起來，這改變了一些傳統(tǒng)的建筑設計概念，出現(xiàn)了適應性結構。所謂適應性結構是指其不再保持一成不變的拓撲關系或是形狀特點而是隨著荷載的變化不斷改變自己的形狀，變化力的傳遞路徑。本文在已有的研究基礎上，對形狀自適應結構進行了研究與分析。 首先對扁曲梁能夠實現(xiàn)形態(tài)變化并具有雙穩(wěn)態(tài)特性進行了研究，采用尖點突變

2、理論與大型有限元計算軟件ANSYS分別進行了理論解析分析與數值分析得出扁曲梁的這種性質的可行性，并將扁曲梁具有的雙穩(wěn)態(tài)性質引入到結構中，同時與彈簧阻尼單元、剛性豎桿組合設計出一種形狀可以調節(jié)的形狀自適應結構單元。 其次對設計出的形狀自適應結構單元進行了有限元建模與分析，同時對扁曲梁呈現(xiàn)不同矢跨比時的形狀自適應結構單元進行了對比性的穩(wěn)定分析和缺陷性分析。分析結果表明，扁曲梁矢跨比的提高可以提高結構單元的承載能力，但是幅度不大；缺陷

3、性的引入可以降低結構單元的臨界承載能力，但是卻能夠使得結構單元的在形狀變化過程中的屈曲路徑變得穩(wěn)定，這對于結構來說是有利的。同時對本文提出的形狀自適應結構單元的受力機理進行了研究，得出其形狀變化的原因是扁曲梁具有的彎曲彈性和軸向剛度的有效結合。 此外，對于結構單元中的彈簧阻尼單元進行了變剛度分析，分析其對整體結構單元的影響，分析結果表明，變剛度彈簧的引入可以實現(xiàn)形狀自適應結構的多種平衡狀態(tài)。不同的平衡狀態(tài)具有不同的承載力并可以實