基于二次奇异值分解法的张拉整体结构找形分析

为解决给定张拉整体结构的可行力密度找形问题,本文提出一种基于二次奇异值分解的优化设计方法.该方法需事先根据结构的几何对称性对构件进行合理分组,并在此基础上重组平衡矩阵,通过奇异值分解法求解线性齐次方程组以获得满足要求的可行初始力密度.同时引入了切线刚度矩阵特征值的计算方法来检验张拉整体结构的稳定性.最后,基于空间十二杆...     

基于向量式结构力学的张拉整体结构可展性能研究

基于向量式结构力学理论提出了一种通过调节顶部拉索以实现张拉整体结构展开的驱动方式.利用MATLAB编程确定结构折叠状态下的初始形态;然后应用上述驱动方式对结构的展开路径进行跟踪研究,并确定构件的受力情况;最后利用ANSYS有限元软件对计算结果进行校核.研究结果表明:张拉整体结构的展开过程是一个从可发生有限位移的机构到结...     

张拉整体结构的非线性主动控制

为了有效解决张拉整体结构在各种动态激励下的振动控制问题,保证结构的功能与安全性,研究张拉整体结构的主动控制问题.根据结构的机电耦合作动方程,推导结构的状态空间描述.基于瞬时最优控制算法和New-mark关系,推导张拉整体结构机电耦合最优控制方程.在Newmark算法的基础上引入Newton-Raphson迭代过程,考虑结构的几何非线性效应,实现了张拉整体结构的机电耦合非线性主动控制.以双层柱状张拉整体结构在随机激励下的振动控制为例,验证了算法的正确性与可行性.     

非线性有限元法分析张拉整体结构初始形态

目的确定自应力平衡的张拉整体结构的初始形态,明确几何和预应力态的选取原则.方法利用力法和位移法原理,针对张拉整体结构的初始平衡形态建立非线性有限元基本方程,并编写其初始形态分析程序.结果结合张拉整体结构的刚度特点,解决了程序迭代计算的收敛性问题.并应用初始形态分析程序计算确定了张拉整体三棱柱的初始形态.结论基于虚功原理迭代方程编写的初始形态分析程序可以有效确定张拉整体结构的初始形态.通过算例分析提出了张拉整体单体给定预应力态及初始几何选取的合理建议.     

附加索对三杆张拉整体结构的影响分析

张拉整体结构是由不连续的受压杆构件和连续的受拉绳索组成的特殊索杆结构,它具有质量轻、刚度高、材料利用率高的特性。研究对三杆张拉整体结构,通过添加附加索来拓展其稳定构型范围。首先,通过结构的力平衡分析,获得添加附加索前后结构保持稳定构型的扭转角度取值范围。然后根据节点坐标与连接矩阵求取构件向量并建立结构的平衡矩阵。最后通过MATLAB仿真编程分析验证了添加附加索后三杆张拉整体结构的稳定构型,范围从基本构型的两个单值角扩展到以这两个角为边界的闭区间域。     

基于奇异值分解张拉整体结构找形方法

张拉整体结构是由一组不连续的受压单元包含于连续受拉单元组成的稳定自平衡结构,为了寻找自平衡状态下的构型,引入奇异值分解的方法,将寻找张拉整体结构的自平衡构型问题转化为最小奇异值的判定。通过广义节点坐标和构件之间的连接关系建立结构的数学模型;引入力密度的概念,对张拉整体结构进行受力分析,列写包含平衡矩阵的平衡方程;对平衡矩阵进行奇异值分解,利用分解获得的最小奇异值判断平衡方程是否有解,对张拉整体结构是否存在自平衡构型进行初步判定,再依据获得的力密度的均匀性(同组构件力密度大小相等)和正负属性(杆的力密度小于0,索的力密度大于0)对结构自平衡状态进一步判断;通过实例分析对该找形方法的可行性进行了验证,结果表明:该方法可以找到张拉整体结构自平衡构型。本文为寻找自平衡张拉整体结构提供了一种思路。     

基于张拉整体结构的可移动折纸机器人结构设计

通过对一般单顶点五折痕折纸机构折叠过程的研究,建立了单顶点刚性折纸机构各折痕转角之间的关系方程,推导出未知折痕转角.基于单顶点五折痕的双稳态构型,提出一种张拉整体结构驱动的折纸机器人,可完成爬行与转向.利用M atlab得出折叠结构参数,用CATIA软件建立折纸机器人的结构模型.搭建物理样机,证明了该方法的有效性.     

体内张拉成形空间网格结构成形性能研究

作者对下弦管内索施加预应力张拉结构成形进行了有限元模拟计算,且综合考虑了几何非线性和材料非线性,分析了结构的成形性能.研究表明,上弦是结构成形过程中的主要受力构件,产生较大弯曲变形。主要承受弯矩和少量轴力;刚臂应力应变很小,但刚体转动很大,对结构有一定的约束作用;其他杆件应力很小.     

含冗余拉索的张拉整体拼接结构变形能力分析

为研究含冗余拉索的张拉整体结构的变形能力,基于能量耗散最少的索驱动理念,提出了实现结构变形的最优驱动方式的选择方法。首先,对张拉整体基本单元的结构参数、构件与节点的连接关系进行设置,并对索长收缩后结构新的稳定状态进行力学性能分析,得出新的节点坐标计算公式;其次,赋值结构参数和材料参数,对结构的变形过程进行分析:先收缩被动索对张拉整体结构进行预紧,计算除主动索外结构额外耗散的弹性势能,后收缩主动索使张拉整体结构发生变形,计算主动索能量耗散做功和结构的最终变形,提出结构变形的最优驱动方式的评价标准;最后,以含冗余拉索的双层轴向拼接结构为例,区分结构的主动索与被动索,进行最优驱动方式研究。分析结果表明:对于结构的单一轴向变形,当斜索为主动索、中间水平索为被动索时,结构的轴向变化最大,能量耗散最小;对于包含轴向变形与扭转变形的结构复合变形,当与杆构件旋向相反的斜索为主动索,剩余斜索为被动索时,结构的复合变形最大,能量耗散最小。     

面向几何坐标的张拉整体结构找形算法

提出一种可满足给定几何坐标的张拉整体结构找形方法.从结构平衡方程的2种不同形式出发,借助平衡矩阵奇异值分解与力密度矩阵特征值分解后得到的正交向量,分别构造自应力及几何坐标,并引入节点坐标作为约束条件,给出基于构件自应力与节点坐标非线性迭代的求解技术及其算法流程.结果表明,只需给出结构拓扑连接关系及若干已知节点坐标,找形算法便可用于寻找满足给定几何外形的张拉整体以及新的非规则张拉整体形式.     

张拉整体三棱柱构型和结构稳定性分析

为深入研究三杆张拉整体基本单元结构的构建方法和稳定性判定问题.提出以结构外形几何参数为基础,应用节点广义坐标矢量矩阵、构件矢量矩阵和连接矩阵建立数学模型,并用MATLAB编程实现单元结构的自动构型.引入构件力密度标量,建立系统力平衡矢量矩阵方程,分析结构的稳定性,把非线性系统平衡问题转化为线性系统平衡问题.通过分析平衡矩阵,对结构系统进行分类,筛选出能够构建起稳定结构的几何参数的变化范围.本研究方法具有通用性,适用于其它张拉整体结构形式的构型和稳定性分析.     

采用改进鱼群算法的张拉整体结构找形方法

针对传统力密度法求解大规模、不规则张拉整体结构找形效率不高的问题,提出了一种力密度法与改进鱼群算法相结合的找形方法．先基于力密度法建立结构的平衡方程组, 然后采用改进的鱼群算法在力密度空间内进行全局搜索, 找出一组合适的力密度值使得平衡矩阵的秩满足求解条件, 从而找到结构的平衡构形．该算法加入了全局最优人工鱼信息, 引入了吞食行为和跳跃行为, 并采用了自适应步长, 比传统鱼群算法搜索效率更高, 不容易陷入局部极值．以扩展八面体张拉整体结构为例, 用该方法进行了找形, 并和传统鱼群算法的找形结果进行了对比分析．仿真结果表明,该找形方法的找形结果可靠, 并且收敛精度和平均最优值较传统鱼群算法均有所提高．     

预应力索杆结构的施工张力偏差分析

本文基于索长误差的概率分布模型,分析预应力索杆结构施工张拉的初始预应力偏差。首先讨论了索长误差的随机数学模型,建立了一种关于预应力索杆结构索长误差效应的计算方法。其次以实际工程为算例,考察不同的索长误差对结构初始预应力的影响,并比较不同的施工张拉方案对于减小索长误差影响的效果。分析结果表明,合理的张拉方案能有效减小结构的初始张力偏差。     

预应力索-桁架结构拓扑优化设计

对包括索力值、构件截面尺寸和结构拓扑的预应力索-桁架结构优化设计进行研究.以应力为约束条件,建立以结构质量为目标函数的数学模型.在求解方法上,首先建立求解索力值和构件截面尺寸的线性规划模型;证明了在每个迭代步中,该模型的最优解至少使得1个构件截面尺寸为零,并通过删除零力杆实现结构的拓扑优化设计.算例结果与相应体系理论相吻合,表明本文所提出的方法有效,可为预应力索-桁架结构提供合理的布局.     

预应力网格结构的研究

为了便于选择最优的建筑结构,阐述了预应力网格结构的概念、种类、布索方式、力学特征;详细论述了预应力网格结构的计算理论和优化设计的现状,并对今后的预应力网格结构理论研究和优化设计以及应用前景 进行了展望．     

杆系可展开结构静动定特性及几何稳定性探讨

杆系可展开结构是一种新型空间结构形式,结构的刚性是其工程设计的关键.阐述了这种结构的基本特征,讨论了杆系铰接体系静动定分类方法,并引用线性理论中过定的概念明确了体系分类的力学含义.采用平衡矩阵的奇异值分解方法确定体系的静动定参数、独立自应力模态和机构运动模态.对几种典型的杆系可展开体系的分析表明:体系为实现展开功能而具有不同的机构状态.折叠结构需要附加约束来满足结构刚性要求,而张拉整体结构内在的一阶无穷小机构使其具有了承载能力.     

基于Von Mises应力的预应力钢结构拓扑优化设计

为预应力钢结构设计获得最优拓扑构型和索力值, 以结构拓扑和索力值为设计变量, 以Von Mises应力为约束条件, 建立了以结构质量最小为目标函数的数学优化模型.在求解方法上, 首先以结构储存应变能最小 (刚度最大) 确定施加在结构上的索力值, 然后采用渐进结构优化法删除低Von Mises应力单元实现结构的拓扑优化以减轻结构质量.算例结果与相应体系受力性能相吻合.     

基于双谱和奇异值分解的结构损伤试验

介绍双谱和奇异值分解（SVD）的理论,通过计算结构振动加速度信号的双谱,根据不同荷载下双谱幅值的等值线变化规律来判断结构的损伤程度和评价结构非线性振动特征.利用奇异值分解方法计算双谱的主奇异值,根据主奇异值在不同荷载下的变化情况,来评价结构的损伤和非线性变化.2根钢筋混凝土梁在逐级加载下损伤破坏的试验数据分析结果表明,双谱及其奇异值对结构损伤的变化比较敏感,双谱及其奇异值的变化规律与试验过程中试件的裂缝发展和损伤情况相一致,可以应用于结构损伤的监测.     

索穹顶结构有限元分析及试验研究

针对索穹顶结构的受力性能,采用二节点直线杆单元和新型二节点曲线索单元建立了索穹顶结构混合有限元计算模型,对是否考虑拉索自重垂度进行了比较分析.通过对一直径为5 m的肋环型索穹顶模型的实验研究,得到在不同荷载情况下结构的内力和变形规律.实验结果表明,材料下料长度的确定和符合计算模型的节点设计是实际工程设计中的关键问题.实验结果说明了此有限元模型具有较好的精度.