壓電智能結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定性及判定準(zhǔn)則研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展,大跨度空間結(jié)構(gòu)已被廣泛應(yīng)用于人們的社會(huì)生活和工業(yè)生產(chǎn)中。然而由于大跨度空間結(jié)構(gòu)中的桿件通常比較纖細(xì),因此屬于缺陷敏感結(jié)構(gòu),而且頻率分布也比較密集,振型數(shù)目較多。在受到強(qiáng)風(fēng)、雨、雪以及地震等復(fù)雜的動(dòng)力荷載作用下,很容易發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)破壞,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來發(fā)展迅速的結(jié)構(gòu)智能控制技術(shù)為防止此類結(jié)構(gòu)發(fā)生動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象提供了一個(gè)新途徑。目前利用智能控制技術(shù)對(duì)大跨度空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力穩(wěn)定控制的研究還處于起步階段,因此,對(duì)智能

2、結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定性問題進(jìn)行深入的研究具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文以控制大跨度空間結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定為目的,利用壓電智能材料的正逆壓電效應(yīng),設(shè)計(jì)了一種壓電套筒式拉壓雙向受力的主元桿件。并以此壓電主元桿件為研究對(duì)象對(duì)桿件進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)器力學(xué)試驗(yàn)研究和動(dòng)力穩(wěn)定性分析。其主要的研究工作如下:
　　(1)針對(duì)課題組設(shè)計(jì)制作的八根壓電套筒式拉壓雙向受力主元桿件驅(qū)動(dòng)器,分析了驅(qū)動(dòng)電壓與驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系;根據(jù)壓電堆片數(shù)得到了最大驅(qū)動(dòng)電壓下

3、的理想最大驅(qū)動(dòng)力;并進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)力性能試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明,驅(qū)動(dòng)電壓與驅(qū)動(dòng)力呈線性關(guān)系;但試驗(yàn)得出的最大驅(qū)動(dòng)力與理想最大驅(qū)動(dòng)力有一定差距,說明其由于制作工藝等原因在施加電壓時(shí)有能量的損耗。
　　(2)建立了壓電主元桿件分析動(dòng)力失穩(wěn)區(qū)域的計(jì)算模型;推導(dǎo)了在簡諧荷載作用下壓電主元桿件,考慮機(jī)電耦合且不考慮阻尼及同時(shí)考慮機(jī)電耦合與阻尼時(shí)的馬奇耶方程;并分別求解了主元桿件在兩種情況下的第一、第二動(dòng)力失穩(wěn)區(qū)域;得到了壓電堆相對(duì)長度與動(dòng)力失穩(wěn)

4、區(qū)域的隱含關(guān)系。利用MATLAB軟件進(jìn)行算例分析,驗(yàn)證了壓電主元桿件在結(jié)構(gòu)中能起主動(dòng)控制的作用;得出了在實(shí)際工程應(yīng)用中宜控制壓電堆長度小于或等于總長的一半,壓電主元桿件既經(jīng)濟(jì)實(shí)用又可以起到理想的控制效果。
　　(3)總結(jié)了現(xiàn)階段實(shí)際工程中常用的結(jié)構(gòu)動(dòng)力穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則,并分別介紹了各判定準(zhǔn)則的實(shí)用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn);推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)的能量變化、剛度矩陣正定性及動(dòng)力穩(wěn)定性三者之間的關(guān)系;基于能量變化定義了適用于彈性結(jié)構(gòu)的動(dòng)力穩(wěn)定判定準(zhǔn)則。利用A