两级三棱柱张拉整体结构的静力学分析和刚度调节研究

发布时间：2017-09-18 17:46

  本文关键词：两级三棱柱张拉整体结构的静力学分析和刚度调节研究

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【摘要】：张拉整体结构是由一组不连续的受压构件和一组连续的受拉构件相互连接所组成的空间稳定结构,具有着优美的外形、较轻的质量、可折展的结构、独特的单元力学特性,并且符合大自然的内在运行规律,有着与生物体相似的特性,使得张拉整体结构具有极大的潜在应用价值,并在近年来成为众多学科领域研究的前沿和热点。基于张拉整体结构与生物体相似的特性和重要的潜在应用价值,本课题以棱柱型张拉整体结构为例,通过研究其找形分析、静力学分析和刚度分析及调节,来深入地研究张拉整体结构的本质,奠定理论基础并掌握有效的分析方法,为张拉整体结构的更加深入的研究和应用作铺垫。首先,本课题详细阐述了基于蒙特卡洛法的找形分析。张拉整体结构必须通过连通性矩阵和节点坐标才能进行准确的描述。本文从棱柱型张拉整体结构出发,根据其拓扑结构找到了连通性矩阵的规律,并通过编程实现了自动写出结构的连通性矩阵的功能。基于蒙特卡洛法的基本思想,本文对棱柱型张拉整体结构进行了找形分析,得到了一种有效的找形方法。实现了对多级多棱柱张拉整体结构的找形,加深了对张拉整体结构的理解,为更进一步的分析奠定了基础。其次,本课题通过奇异值分解法进行了张拉整体结的静力学分析,并给出了一种适合于工程技术人员的简便直观的静力学分析方法。在小位移的情况下,铰链连接结构的静力平衡矩阵具有静力学和运动学的双重属性。因此,使得通过分解平衡矩阵就可以得到单元内力和节点位移。但是,由于张拉整体结构即使静不定又是动不定的结构,所以其静力学分析必须要考虑到兼容方程和机构位移,才能得到确切的结果。通过有限元分析软件可以分析有大位移的张拉整体结构的静力学特性,这种方法简便而直观,比较适合工程上的应用。最后,本课题分析了张拉整体结构的刚度矩阵,并进行了刚度调节研究。张拉整体结构的刚度主要来源于两部分,一部分是与结构本身的构型和单元的材料属性有关的线性刚度,另一部分是与单元内力有关的几何刚度。通过调节单元的内力可以改变结构的几何刚度,从而调节整个结构的刚度。
【关键词】：张拉整体结构 找形 静力学分析 刚度调节
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB121
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 课题的来源及研究背景和意义8-11
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 课题的研究背景和意义8-11
• 1.2 张拉整体结构找形分析的研究现状11-13
• 1.2.1 张拉整体结构的描述与找形11
• 1.2.2 张拉整体结构的主要找形方法11-13
• 1.3 张拉整体结构的静力学分析研究现状13-14
• 1.4 张拉整体结构刚度分析与调节的研究现状14-15
• 1.5 国内外文献综述15-17
• 1.6 本文主要研究内容17-19
• 1.6.1 张拉整体结构的描述与找形分析17-18
• 1.6.2 张拉整体结构的静力学分析18
• 1.6.3 张拉整体结构的刚度分析与调节18-19
• 第2章 张拉整体结构的描述与找形分析19-32
• 2.1 引言19
• 2.2 张拉整体结构的结构描述19-20
• 2.3 张拉整体结构的拓扑描述20-22
• 2.4 单级棱柱型张拉整体结构的几何分析22-24
• 2.4.1 上下底面多边形外接圆半径对找形的影响22-24
• 2.4.2 结构的高度对找形的影响24
• 2.5 蒙特卡洛找形法24-26
• 2.5.1 蒙特卡洛法的基本思想24-25
• 2.5.2 找形程序的编程思想25-26
• 2.6 基于蒙特卡洛法的找形分析26-31
• 2.6.1 单级三棱柱的找形26-29
• 2.6.2 单级多棱柱张拉整体结构的找形29-31
• 2.6.3 多级棱柱型张拉整体结构的找形31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 张拉整体结构的静力学分析32-55
• 3.1 引言32
• 3.2 张拉整体结构的平衡矩阵32-35
• 3.3 基于奇异值分解法的静力学分析35-42
• 3.3.1 平衡矩阵的奇异值分解35-37
• 3.3.2 求解结构的位移和内力37-40
• 3.3.3 基于MATLAB数值计算的静力学分析40-42
• 3.4 基于ANSYS的大变形静力学分析42-50
• 3.4.1 基于ANSYS的单级三棱柱静力学分析43-48
• 3.4.2 基于ANSYS的两级三棱柱静力学分析48-50
• 3.5 物理模型的静力学试验50-54
• 3.5.1 模型制作51-52
• 3.5.2 静力学试验52-54
• 3.6 本章小结54-55
• 第4章 张拉整体结构的刚度分析与调节55-64
• 4.1 引言55
• 4.2 张拉整体结构的刚度矩阵55-58
• 4.3 张拉整体结构的模态分析58-60
• 4.4 刚度调节60-63
• 4.4.1 基于内力系数的刚度调节60-61
• 4.4.2 基于预应变的刚度调节61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 致谢70

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本文编号：876959