自适应超静定桁架结构强度控制的研究

以超静定桁架结构为背景研究了自适应结构的承载能力.探讨作动器和杆单元的共同工作,用以进行结构分析和控制结构承载能力.后者意指通过作动器的主动变形调控结构的内力分布以获得更加合理的工作状态.     

自适应超静定桁架强度控制能力的提高

利用作动器的调节功能和超静定桁架的内力耦合特性,提高了自适应超静定桁架结构的承载能力,获得了更加合理的结构工作状态,有效地解决了文［8］中当作动器刚度较小时调控能力受限的问题。计算结果比文［8］模型的结果更令人满意。     

自适应桁架形状控制中主动杆多目标最优配置

导出自适应桁架结构静态形状控制方程，这些方程在线弹性范围内适用；一般主动杆件数远小于结构杆件数目，且主动杆件的配置问题取决于控制能量和杆件强度等因素，因此基于最短行程和最小导出内力指标和模态退火组合优化算法进行了主动杆件的多目标最优配置；通过算例分析验证了本文分析方法的可行性和有效性。     

作动器参数对结构性能的影响和调整受力状态的实施策略模拟

基于规划法研究了作动器各参数对自适应超静定桁架性能的影响。该规划法能够使结构工作状态更合理化。这一方法能够改善自适应结构的工作状态因而提高承载能力。以此为基础,研究了具有作动器的组合杆的有关参数诸如变形上限、刚度和承载力上限对于控制效果的影响。从而为作动器的合理选择提供了理论根据。对于调整作动器变形以控制结构强度的实施策略进行了模拟和分析。该策略包括3部分：1．模拟和分析了“加载、调控、卸载”重复循环直至调控的完成;2．不同作动器按比例同时放大变形直到调控实现;3．多次加载、调控同一次加载、调控结构的等价性。研究表明本文提出的使结构工作状态合理化的调控过程是安全、可靠和灵活的。     

绳驱桁架结构伸展臂的主动振动控制

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架结构伸展臂,研究其作动绳上铰链串联顺序的优化和模型预测控制律的设计,这两部分内容均考虑了作动绳的单边约束和饱和约束。首先,通过ANSYS软件获取结构的模态信息;然后结合系统可控性原理和遗传算法计算出作动绳上铰链串联最优顺序;最后,在数值仿真中,通过设计的控制率对一个由四个单元组成的桁架结构伸展臂的振动控制过程进行仿真分析。结果表明,提出的作动绳串联铰链的方式能够有效抑制伸展臂的振动。     

多工况下具有体系可靠性约束的桁架结构拓扑优化设计

建立了多工况下具有位移和体系可靠性约束的桁架结构拓扑优化设计数学模型.针对结构体系可靠性约束处理的困难,提出了一种通过可靠性分配和再分配的方法,将体系给定失效概率依据敏度信息分解为各杆件失效概率之和,并利用可靠性安全系数和结构力学的基本关系,将诸位移和应力概率约束等价显示化为设计变量的显示线性常规约束形式.对于多约束则采用了紧约束处理,并用修正的单纯形法进行优化设计.算例表明了该方法的可行性和有效性.     

平面连续体多工况应力约束下结构拓扑优化的有无复合体方法

本文在[4]的基础上,按“有无复合体”模型对应力的约束下多工况平面连续体结构拓扑优化的求解进行研究,提出了“工况影响系数”的概念,用于“病态荷载”问题的识别的解决,获得了令人满意的数值结果。     

柔性梁受迫振动时滞变结构控制的试验研究

时滞反馈控制是一种利用时滞进行系统控制的策略,目前对该控制策略的研究多是在理论上进行探讨,少有试验研究报道. 以受简谐激励的柔性悬臂梁为对象,开展时滞反馈控制的试验研究,给出了一个多时滞控制律的设计方法. 首先给出悬臂梁系统含有时滞项的控制模态状态方程; 然后对方程进行离散化和一种特殊的状态变量增广,得到形式上不含有时滞项的标准差分方程; 最后使用离散变结构控制的方法设计控制律. 试验中采用压电片作为作动器和外界激励,应变片作为传感器,分别考虑单时滞和双时滞的情况,通过试验验证了时滞反馈控制的可行性和有效性.关键词:柔性悬臂梁;变结构控制;时滞;实验      

挠性自适应结构控制的分析与实验研究

采用自适应结构的原理和方法,对压电元件用于挠性结构振动的一些问题进行了探讨。对压电驱动器与匹配关系进行了理论分析,对模态传感／驱动器在挠性悬臂板结构中的布置方案进行了优化设计,并进行了结构的振动控制实践,从而验证了方法的有效性。     

多工况应力和位移约束下连续体结构拓扑优化

将文「１」所提出的对拓扑变量的独立连续映射（ＩＧＭ）的拓扑估化方法应用于连续体结构,从而建立了统一的以重量为目标,考虑应力和位移约束的连续体结构拓扑优化模型。通过对位移－应力拓扑解和各工况下应力拓扑解的综合协调,进而对于协调拓扑解按照阈值完成从离散到连续的反演,并且采用分层与加权策略克服了“荷载病态”困难。给出的经典的二维平面问题和三维连续体结构拓扑优化算例表明,这种统一的模型由骨架结构发展到连续     

用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷

采用等效力系变换矩阵研究了双模量静不定桁架极限载荷问题．首先证明了固体的等效力系变换矩阵与等效位移变换矩阵是互为转置的矩阵,采用等效力系变换矩阵求解双模量静不定桁架结构的内力,然后再利用静力方程确定双模量静不定桁架结构的极限载荷．当力的变换关系可以根据物理条件容易求得,而位移的变换关系不容易找出时,用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷,就更能显示出其计算过程简洁、清晰等优点．用等效力系变换矩阵求解静不定桁架极限载荷不涉及材料的性质,对各向同性材料、双模量材料静不定桁架极限载荷的求解都适用．     

用广义变分原理求解多节点双模量静不定桁架

在外载荷作用下的多节点双模量静不定桁架平衡问题,是任意有限多个自变量的多元函数在任意有限多个约束条件下的极值问题,采用广义变分原理可以方便求解多节点双模量静不定桁架内力．通过求解多节点双模量静不定桁架内力的几个算例,阐述广义变分原理在计算多节点双模量静不定桁架内力中的应用．研究结果表明：采用广义变分原理求解多节点双模量静不定桁架内力的通用性较强,所求的结果是精确解析解．采用广义变分原理求解多节点双模量静不定桁架内力的方法不但克服了常规方法需利用几何关系建立协调方程的缺陷,且具有力学概念清晰直观、计算过程简便、便于工程设计人员在实际中掌握和计算等优点．     

用拉格朗日函数分析不同模量静不定桁架内力

在外载荷作用下的不同模量静不定桁架平衡问题,是任意有限多个自变量的多元函数在任意有限多个约束条件下的极值问题,对采用拉格朗日乘数法求解此类极值问题进行了数学证明．通过求解不同模量静不定桁架极限载荷的几个算例,阐述拉格朗日乘数法在计算不同模量静不定桁架极限载荷中的应用．研究结果表明：采用拉格朗日乘数法求解不同模量静不定桁架极限载荷的通用性较强,用拉格朗日乘数法求解不同模量静不定桁架极限载荷的方法不但克服了常规方法需利用几何关系建立协调方程的缺陷,且具有力学概念清晰直观、计算过程简便、便于工程设计人员在实际中掌握和应用．     

DNA纳米管的扭转刚度模型

刚度是衡量材料弹性变形难易程度的一个定量表征参数,与DNA纳米管静动力学特性及其结构生物功能密切相关．本文致力于研究DNA纳米管的扭转刚度．首先,在六角形均匀封装条件下,考虑到单个DNA杆件弯扭组合问题的静不定特点,我们利用平衡方程、变形协调方程和弹性本构方程,合理预测了DNA纳米管扭转实验中单个DNA杆件的弯扭组合变形,由此给出了DNA纳米管扭转刚度预测的解析模型．最后的结果表明：随着DNA杆数的增加,DNA纳米管的弯曲刚度显著增加,而其扭转刚度却几乎不变,合理解释了扭转实验中发现的现象．有关结论为DNA折叠结构的设计和应用提供了参考．     

位移约束下智能桁架的强度最优控制

针对智能桁架结构,提出了在考虑多点位移约束的情况下,使结构工作应力处于最佳状态的规划法最优控制模型。当结构位移约束起主要作用时,模型可在保证位移约束的前提下,同时尽可能提高结构的承载能力;当结构位移并不重要时,仍可用该模型来提高结构的承戴能力。对于复杂结构,为了提高控制效果,可以调整为了满足位移条件而需要的作动器数目及布置方案。文中给出了数值算例,说明该方法的调控能力。