基于有限元法的壓電桁架結構的穩(wěn)定性研究.pdf

1、由于桁架結構具有構造簡單、拆裝和運輸方便等特點，因而被大量應用于航空航天、橋梁、建筑和車輛辭行業(yè)。特別是隨著計算機的發(fā)展，空問桁架結構得到日益廣泛的應用；在土木工程中，應用廣泛的網殼結構、罔架結構和塔架結構等都屬于空間桁架結構體系;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構等也是采用桁架結構。由于這類結構具有撓性大、固有頻率低、阻尼小、質量輕等特點，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用中最有興趣的課題之一。
　　 目前，對這類結構的穩(wěn)定性分析和智能控制還少有研究。這主要是由于穩(wěn)定問題本身很復雜，影響因素很多，而關于結構失穩(wěn)的實用判別準則學術界還沒有一個統(tǒng)一的認識，同時結構在恒載、風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)的肪止結構失穩(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)，其結果是結

3、構一經設計、制造安裝完成之后,其性能和用途等均很難改變.不能適應飛速發(fā)展的大跨度大空間結構的多功能要求。
　　 近年來，材料、控制、信息、微電予和計算機科學與技術的迅速發(fā)展.特別是智能材料結構系統(tǒng)的研究取得了突破性進展，為大跨空間結構的智能控制提供了依據。因此，本文將壓電智能材料引入普通桁架結構中,利用壓電智能材料特殊的物理力學性能。即獨特的正、逆壓電效應對結構進行主動穩(wěn)定控制，以便從根本上解決這類結構的穩(wěn)定問題。具體內容如下：

4、
　　 論文首先根據壓電材料的基本力學性能設計了一種適宜于桁架結構穩(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.力學上串聯(lián)，電學上并聯(lián)，從而實現(xiàn)了大驅動力和大驅動位移的要求，同時也可減小驅動電壓過高的要求，在工程結構的主動控制中具有較好的應用前景。按照上述方法設計的壓電主動桿件，既能實現(xiàn)對結構承載力的主動控制，又可實現(xiàn)對結構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構的有限元模型，推導出壓電桁架結構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。根據勢能駐值原理建立了壓電桁架結構的穩(wěn)定特征方程，通過對該方程的求解得到結構的屈曲臨界荷載，分析了壓電材料對結構靜力穩(wěn)定性控制的效果。
　　 最后.推導了壓電桁架結構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，推導了求解壓電桁架結構的