圓環(huán)張拉整體結構的構型及分析方法研究.pdf

1、張拉整體結構是近些年國內外都在研究的新型空間結構體系。由于其自身具有質量輕、剛度較好的優(yōu)點，現已成為空間結構領域最前沿的研究方向之一。借鑒張拉整體結構思想設計出的索穹頂結構已經應用于工程中，國外學者正在進行張拉整體結構應用于可展機構及機器人中的研究。對張拉整體結構的研究主要分為三方面：構型研究、靜力學研究及動力學研究，其中構型及靜力學研究是張拉整體結構研究的基礎，但目前尚未形成統(tǒng)一的理論。本文將對圓環(huán)張拉整體結構的構型及靜力學分析方法進

2、行深入研究，具體的研究內容如下：
　　首先，構建系列圓環(huán)張拉整體結構?；凇半p螺旋平面拓撲理論”定義圓環(huán)張拉整體結構中節(jié)點的布置方式及節(jié)點間的桿索連接方式，并推導出其總節(jié)點矩陣以及總桿索連接矩陣，圓環(huán)張拉整體結構的具體形狀將由圓環(huán)中半徑R，截面半徑r，層數h以及每層節(jié)點數k四個參數決定。利用MATLAB軟件進行圓環(huán)張拉整體結構的虛擬構建并選擇其中一個圓環(huán)張拉整體結構進行模型制作。
　　其次，對系列圓環(huán)張拉整體結構進行參數優(yōu)化

3、。根據圓環(huán)張拉整體結構中桿構件不相交且不干涉原則以及其對圓環(huán)的擬合程度進行四個參數（R、r、h、k）的優(yōu)化，得到優(yōu)化出的多種圓環(huán)張拉整體結構，并得到使多種圓環(huán)張拉整體結構桿構件都不干涉時的圓環(huán)最小尺寸(R、r最小值)，最后對多個最小尺寸圓環(huán)張拉整體結構的質量進行對比分析。以下章節(jié)的分析都是針對優(yōu)化出的圓環(huán)張拉整體結構進行的。
　　再次，研究一種張拉整體結構穩(wěn)定性及受力分析方法，稱之為“去索分析法”。基于桁架結構穩(wěn)定性及受力分析方法

4、，經比較研究后給出一種張拉整體結構穩(wěn)定性及受力分析方法的設想，并應用于圓環(huán)張拉整體結構實例分析中得到分析結果，將此分析結果與ANSYS有限元軟件分析結果進行對比，以驗證“去索分析法”的有效性。由分析結果亦可判斷圓環(huán)張拉整體結構的承載能力。
　　最后，研究一種判斷圓環(huán)張拉整體結構索構件施加預應力值的方法，并對多個最小尺寸圓環(huán)張拉整體結構施加預應力后應用“去索分析法”分析比較它們的抗壓剛度。基于索網結構失穩(wěn)分析的動力松弛法，推導出圓環(huán)