自适应桁架结构动态测试中主动构件配置研究

自适应桁架结构是由作动和传感元件制成主动构件取代桁架结构的关键构件，形成一种能自适应于内外环境变化的新型结构。主动构件在外电场作用下，产生结构的内部激励力，可以对桁架结构进行动态测试。本文在推导了自适应桁架结构机电传递函数表达式的基础上，由主动构件两连接节点处结构各阶模态振型轴向分量差值绝对值的加权和构成的优化目标函数，来研究主动构件在自适应桁架结构中的最优配置问题。文中将该方法运用于一平面自适应桁架结构的动态测试实验中，说明了所提出的优化配置方法的有效性。实验指出，主动构件的不同配置对于结构的低阶模态的测试尤为重要。     

基于自适应遗传算法分步优化设计智能桁架结构自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究不依赖于模型的自抗扰控制技术在智能桁架结构振动主动控制中的应用,建立自抗扰振动控制器的一般框架。就自抗扰振动控制器参数较多,手工整定比较繁琐这一问题,提出基于自适应遗传算法对其进行分步优化设计的思想。最后,对区间参数102杆三棱柱智能桁架结构进行自抗扰主动振动控制仿真研究。结果表明,基于分步优化设计思想优化设计的自抗扰振动控制器首先保证了扩张状态观测器具有优秀的观测性能,从而最终保证了自抗扰振动控制器的"自抗扰"能力;优化设计的自抗扰振动控制器对结构参数的不确定性和不确定外扰都具有很强的鲁棒性,适合于空间智能桁架结构的主动振动控制。     

基于响应面法的桥梁主桁架结构优化设计

对复杂结构进行优化设计和可靠性设计时,利用传统的设计方法可能会遇到计算量太大的困难,应用响应面法是有效地解决该问题的途径之一.文中将响应面法和有限元技术相结合,建立了桥梁主桁架的挠度、弯曲应力与结构尺寸的函数表达式,继而对主桁架进行了结构优化设计,最后对优化结果进行了有限元分析和验证.设计计算结果表明,对于桁架结构设计这类问题,响应面优化设计具有很好的应用价值.     

自适应桁架结构振动控制及其PCL仿真

研究了以PZT压电堆式主动构件为作动器的自适应桁架结构的振动控制问题。分别采用位移反馈和仿人智能控制律进行结构主动振动控制设计,并基于有限元模型,采用时域内New-mark-Bete数值积分求解结构控制系统微分方程的方法,在PATRAN/NASTRAN中利用其二次开发语言Patran Command Language(PCL)建立了通用的结构控制仿真平台,并给出了对四梭柱自适应桁架结构的振动控制仿真和实验结果。仿真和实验均使结构振幅降低了90%以上,证明控制方法效果良好,仿真手段准确可行。     

桁架门式起重机主梁结构的优化设计

以起重机主梁总质量最小为目标函数,以主梁桁架构件的截面尺寸和桁架高度为设计变量,以强度、刚度为约束,应用有限元分析软件ANSYS对桁架门式起重机主梁桁架结构进行了优化设计,得到起重机结构主梁构件的主要参数.     

作动器在智能桁架结构形状控制中的优化配置

导出了智能桁架结构静态形状控制方程,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力指标对主动杆件进行了优化建模.     

结构疲劳寿命稳健性优化设计

由于材料特性、构件的几何特性、载荷历程和环境条件等随机因素的影响,造成结构的疲劳寿命往往偏离结构的设计寿命.为了减少疲劳寿命的分散性,建立一种结构疲劳寿命稳健性优化模型.该模型将结构优化设计理论和随机有限元法相结合,在考虑设计变量和其他随机变量的变异性对结构疲劳寿命影响情况下,将结构疲劳寿命稳健性优化问题构造成包含结构疲劳寿命均值和标准差的双目标优化问题,并通过权因子来平衡结构疲劳寿命的均值和标准差关系,在约束函数中将结构疲劳寿命控制在最低寿命和最高寿命之间.经疲劳稳健性优化设计后的结构疲劳寿命在其均值处波动较小,而且分布曲线远离疲劳寿命底限.最后通过承受脉冲载荷的平面10杆桁架结构疲劳寿命稳健性优化算例显示了此方法的有效性.     

基于灵敏度分析的桁架结构动力学尺寸优化

以桁架结构杆件截面尺寸参数为设计变量,以结构重量为目标函数,以结构的固有频率为约束条件,建立桁架结构的动力学尺寸优化设计数学模型.通过推导固有频率和结构重量对杆件截面尺寸的灵敏度,确定优化杆件及优化步长,建立了结构尺寸优化设计方法并制定了在ANSYS软件中的实现方案.方法能有效地改变结构固有频率,避免处于动载荷作用下的结构因发生共振而破坏.最后,使用数值算例验证了优化方法的有效性.     

仿生主动构件压电变换器研究

压电变换器是仿生主动构件中的一个重要组成部分,是一个机电耦合的交互系统。提出了如何从角度出发建立电型智能结构的理论模型,并讨论了压电耦合系统各参数对压电变换器的能量转换效率的影响。压电型智能结构机电耦合模型的建立有助于解释仿生主动构件的物理实质,设计出性能更好、效率更高的智能结构。     

桁架结构振动阻尼控制中阻尼构件的优化配置

结构振动阻尼控制中阻尼构件在结构中的配置直接影响结构系统的振动控制性能。本文基于阻尼耗散系统能量的原理，引入模态耗散能因子来评价阻尼构件对结构模态阻尼的贡献，并以此作为阻尼构件优化配置的性能指标，对桁架结构振动控制中阻尼构件配置的离散优化问题进行了研究。通过对一悬臂桁架梁进行数值仿真计算，说明了该方法的有效性     

压电机敏桁架结构振动自适应控制及实验研究

简要说明了自适应滤波前馈控制方法实现结构振动主动控制的设计思想,详细论述了基于这一思想所开发的自适应控制系统构成与设计方法,在此基础上对一压电机敏桥架结构进行了振动主动控制实验,取得了良好的抵消振动效果。     

桁架式支撑臂模态分析与振动主动控制研究

建立了一维大型空间可展开桁架式支撑臂的动力学模型,计算了支撑臂各阶模态的频率和振型,以及在各阶模态下的杆件模态应变能。基于杆件模态应变能对压电陶瓷作动杆的位置进行了优化设计。基于独立模态空间方法运用二次型最优控制理论,对支撑臂进行振动主动控制研究。对含有主动构件的空间桁架式支撑臂的振动主动控制进行了仿真,比较了控制前后支撑臂振动幅值的变化。仿真结果表明,该控制策略具有较好的振动控制效果。     

基于自寻最优控制方法实现结构振动主动控制

从振动主动控制设计思想出发,基于自寻最优控制的基本原理,对采用这一控制方法实现结构振动响应主动控制进行了研究。在此基础上,开发了以计算机及高速数据采集板为核心的数据采集、处理和自适应控制系统,对一压电机敏刚架结构进行了振动主动控制实验,取得了良好的抵消振动效果。     

基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计自抗扰振动控制器

智能桁架结构作为一种控制结构一体化的新型空间结构,具有几何、物理可自调性,但这类结构同时具有柔性大、阻尼小、低频模态密集、模态耦合程度高以及存在多种不确定性和耦合等特点,给振动控制带来很大挑战。基于此,研究如何基于扩张状态观测器和非线性状态误差反馈设计不依赖于模型的自抗扰振动控制器。采用扩张状态观测器实时估计对象模型摄动及外扰的总和作用量,并在控制信号中补偿掉,实现不确定非线性系统的动态补偿线性化。针对线性的"积分器串联型"对象,设计非线性状态误差反馈控制律。对不确定参数空间83杆智能桁架结构进行自抗扰振动控制仿真研究。结果表明在外部扰动或模型结构参数发生变化时,自抗扰振动控制器仍可以获得理想的控制效果,具有很好的适应性和鲁棒性。     

基于模糊因子法的模糊智能桁架结构动力特性分析

研究了模糊参数压电智能桁架结构的动力特性分析问题。在压电主动杆和被动杆的物理参数和几何尺寸 同时具有模糊性时,利用模糊因子法建立了结构刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的瑞利商表达式出发,利用区间 运算推导出结构特征值模糊变量的计算表达式。通过算例分析了模糊智能桁架结构参数的模糊性对其动力特性的 影响,并验证了本文方法的合理性与可行性。     

Optimal Placement of Active Members in Truss Adaptive Structures

The mathematical model of optimal placement of active members in truss adaptive structures is essentially a nonlinear multi-objective optimization problem with mixed variables,it is usually much difficult and costly to be solved.In this paper,the optimal location of active members is treated in terms of(0,1)discrete variables.Structural member sizes,control gains,and(0,1)placement variables are treated simultaneously as design variables.Then,a succinct and reasonable compromise scalar model,which is transformed from original multi-objective optimization,is established,in which the(0,1)discrete variables are converted into an equality constraint.Secondly,by penalty function approach,the subsequent scalar mixed variable compromise model can be formulated equivalently as a sequence of continuous variable problems.Thirdly,for each continuous problem in the sequence,by choosing intermediate design variables and temporary critical constraints,the approximation concept is carried out to generate a sequence of explicit approximate problems which enhance the quality of the approximate design problems.Considering the proposed method,a FORTRAN program OPAMTAS2.0 for optimal placement of active members in truss adaptive structures is developed,which is used by the constrained variable metric method with the watchdog technique(CVMW method).Finally,a typical 18 bar truss adaptive structure as test numerical examples is presented to illustrate that the design methodology set forth is simple,feasible,efficient and stable.The established scalar mixed variable compromise model that can avoid the ill-conditioned possibility caused by the different orders of magnitude of various objective functions in optimization process,therefore,it enables the optimization algorithm to have a good stability.On the other hand,the proposed novel optimization technique can make both discrete and continuous variables be optimized simultaneously.     

A novel particle swarm optimization approach for product design and manufacturing

This paper presents a novel optimization approach that is a new hybrid optimization approach based on the particle swarm optimization algorithm and receptor editing property of immune system. The aim of the present research is to develop a new optimization approach and then to apply it in the solution of optimization problems in both the design and manufacturing areas. A single-objective test problem, tension spring problem, pressure vessel design optimization problem taken from the literature and two case studies for multi-pass turning operations are solved by the proposed new hybrid approach to evaluate performance of the approach. The results obtained by the proposed approach for the case studies are compared with a hybrid genetic algorithm, scatter search algorithm, genetic algorithm, and integration of simulated annealing and Hooke-Jeeves pattern search.     

Linearized homogeneous constraints in structural design

Properties of the linearized truss optimization problem are presented. It is shown that since the nodal displacements and member stresses are special homogeneous functions in the design variables, the linearized constraints have interesting and useful properties. The nature of the linearized structural problem in the cross-sectional and compliance design spaces are evaluated and compared. The theory is illustrated with examples from the classical three-bar truss problem.