空间网壳结构作动杆元动力稳定性的理论与试验研究

发布时间：2016-10-08 20:03

  本文关键词：空间网壳结构作动杆元动力稳定性的理论与试验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

《西安建筑科技大学》 2011年

空间网壳结构作动杆元动力稳定性的理论与试验研究

刘玲  

【摘要】：大跨空间网壳结构因其具有造型美观、布置灵活,能够满足大空间的要求,现已被大量应用于社会生活和工业生产中去。网壳的杆件长细比一般比较大,在动力荷载作用下很容易产生振动,属于缺陷敏感性结构,并且引起动力失稳事故发生。因此,研究大跨空间网壳结构的动力稳定性问题具有重要的理论意义和使用价值。 目前,改善杆系钢结构的动力稳定性能方式主要是增大杆件的截面面积,以控制杆件的长细比,但是这样做不仅不经济,而且结构一经设计则无法改变其动力特性,属于一种被动设计。为此,本文运用压电智能材料,设计制作了一种可以将拉力转化为压力的压电主动杆件,通过杆件本身受力的主动控制来调节结构的动力稳定性能。 本文首先通过对基于压电材料性能而制作成的压电堆进行理论分析及软件模拟,找出影响压电堆性能的影响参数,然后通过调节此参数,将压电堆的力学性能发挥到最好。接着,本文又将此压电堆应用于压电主元杆件中,形成了一种集传感器与驱动器为一体的新型杆件。通过实验,验证了压电主元杆件电压——力之间的关系基本上与理论相符,为线性关系。能够满足工程上对于网壳结构动力稳定性能控制的需求。 其次,以本文提出的压电主元杆件为计算模型,研究了压电主元杆件在简谐荷载作用下时,分别考虑机电耦合和不考虑机电耦合时压电主元杆件的动力稳定性问题。并且在简谐荷载作用下时考虑了阻尼、纵向共振及压电驱动力对于动力失稳区域的影响。从而得出压电主元杆件对于结构稳定控制起到的改善作用。 最后,本文从理想杆件在冲击荷载作用下的屈曲理论出发,分别讨论了在冲击荷载作用下,压电主元杆件在考虑机电耦合和不考虑机电耦合时的屈曲问题,给出了压电杆的屈曲控制方程。 近年来,随着科技进步,材料、结构、信息、计算机科学等各方面技术的迅速发展,将智能材料运用于结构中的研究也逐步取得了突破性进展。而作为智能材料中性能比较优异的压电材料,将其引入到大跨空间结构中去控制结构的稳定性也取得了一定的进步,并且它的实际意义也愈来愈清晰。

【关键词】：
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU399
【目录】：

摘要3-5

Abstract5-9

1 绪论9-17

1.1 问题的提出与研究意义9-10

1.2 国内外研究现状10-15

1.2.1 杆系钢结构稳定性能概述10-11

1.2.2 智能结构概述11-12

1.2.3 压电材料在智能结构中应用12-15

1.3 本文主要工作15-17

2 主元杆件的设计17-39

2.1 引言17

2.2 压电材料基本性能介绍17-19

2.2.1 压电效应17-18

2.2.2 压电材料的主要特性参数18-19

2.2.2 压电材料的本构关系19

2.3 压电堆的设计及其数值分析19-26

2.3.1 压电片19-20

2.3.2 压电堆20-21

2.3.3 关于压电堆动力特性的数值分析21-26

2.4 压电主元杆件的设计26-28

2.5 压电主元杆件的试验研究28-38

2.5.1 压电堆的动力性能测试28-29

2.5.2 主元杆件驱动器驱动电压与输出力之间的关系测试29-35

2.5.3 主元杆件频响测试（自由状态）35-38

2.6 本章小结38-39

3 周期荷载作用下压电主元杆件动力稳定性能分析39-61

3.1 动力稳定性问题的提出39-41

3.1.1 引言39-40

3.1.2 杆系结构动力稳定性研究概况40-41

3.2 周期荷载作用下主元杆件的动力稳定性分析41-52

3.2.1 不考虑机电耦合作用时动力稳定性分析42-49

3.2.2 考虑机电耦合作用时动力稳定性分析49-52

3.3 算例分析52-60

3.4 本章小结60-61

4 冲击荷载作用下压电主元杆件的动力稳定性分析61-75

4.1 引言61-62

4.2 冲击荷载作用下结构屈曲准则讨论62-66

4.3 压电主元杆件冲击荷载下的动力稳定性66-74

4.3.1 理想轴线受压杆件在冲击荷载作用下的动力稳定性66-68

4.3.2 压电主元杆件在冲击荷载作用下的动力稳定性68-73

4.3.3 算例分析73-74

4.4 本章小结74-75

5 结论与展望75-78

致谢78-79

参考文献79-83

附录 硕士研究生学习阶段发表论文83

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